硅灰石

硅灰石（wollastonite）是一种含钙的单链硅酸盐矿物，化学式为CaO·SiO₃，晶体结构式为Ca₃Si₃O₉。硅灰石晶体属三斜晶系，通常呈片状、放射状或纤维状集合体，颜色多为白色、灰白色、红色、黄色、浅绿色、粉红色、棕色等，条痕为白色，具有玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。

J. Léman在1818年命名，用以纪念William Hyde Wollaston[August 6, 1766 East Dereham, Norfolk, England, United Kingdom - December 22, 1828 London, England, United Kingdom, 英国化学家和矿物学家，1804年发现钯，1809年发现铑，1809年发明 反射测角计,1812年发明相机透镜]。

硅灰石的提纯任务是选出有害铁矿物，降低方解石，透灰石，石榴石，石英等限量矿物含量。提纯方法有手选，筛选，磁电选，浮选和联合选。

硅灰石作为工业关注的新兴原料来自于它特殊的针状结构。除与其他矿物粉体一样应该具有细粒化和表面活性化，还应该尽可能地保持长径比。天然硅灰石产品按照粒径可以分为块粒、普通粉、细粉、超细粉和针状粉五类，粉末的制备方法主要为机械粉碎。用于硅灰石抄袭加工的设备有砾磨机、气流磨、告诉机械冲击式魔机等。机械粉碎可以分为干法和湿法，湿法节能、保护纤维长径比；干法不同意团聚。以剪切力为主的机械粉碎能获得具有高长径比的硅灰石超细粉末。

硅灰石是一种三斜晶系，细板状晶体，集合体呈放射状或纤维状。颜色呈白色，有时带浅灰、浅红色调。玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。硬度4.5～5.5,密度2.75～3.10g/cm3。完全溶于浓盐酸。一般情况下耐酸、耐碱、耐化学腐蚀。吸湿性小于4%。吸油性低、电导率低、绝缘性较好。硅灰石是一种典型的变质矿物，主要产于酸性岩与石灰岩的接触带，与符山石、石榴石共生。还见于深变质的钙质结晶片岩、火山喷出物及某些碱性岩中。硅灰石是一种无机针状矿物，其特点无毒、耐化学腐蚀、热稳定性及尺寸稳定良好，有玻璃和珍珠光泽，低吸水率和吸油值，力学性能及电性能优良以及具有一定补强作用。硅灰石产品，纤维长而易分离，含铁量低，白度高。该产品主要用作高聚物基复合材料的增强填料。如塑料、橡胶、陶瓷、涂料、建材等行业。

英文名

wollastonite

CAS号

1344-95-2；10101-39-0；13983-17-0

EINECS号

215-710-8;233-250-6;237-772-5

组成

CaSiO或CaOSiO，含SiO251.75%、CaO48.25%。常含铁、锰、镁。

硅灰石属于一种链状偏硅酸盐，又是一种呈纤维状、针状。由于其特殊的晶体形

态结晶结构决定了其性质，硅灰石具有良好的绝缘性，同时具有很高的白度、良好的介电性能和较高的耐热、耐候性能。因硅灰石广泛地应用于陶瓷、化工、冶金、造纸、塑料、涂料 等领域。

硅灰石的化学分子式为CaSiO3，

结构式为Ca3[Si3O9]，理论化学成分：CaO 48.25%、SiO 51.75%。自然界中纯硅灰石罕见，在其形成过程中，Ca有时被Fe、Mn、Ti、Sr等离子部分置换而呈类质同象体，

并混有少量的Al和微量K、Na。由于硅灰石形成时的温度、压力等条件不同，可能出现3种同质多象体：

①三斜链状结构的Tc型硅灰石，通称低温三斜硅灰石(α-CaSiO)；

②单斜链状结构的ZM型副硅灰石，通称副硅灰石(α′- CaSiO)；

③三斜三元环状结构的假硅灰石，通称假硅灰石(β-CaSiO)。

广泛用作工业矿物原料的主要是低温三斜硅灰石。

低温三斜硅灰石为三斜晶系，大多呈针状、纤维状或片状，常簇集呈扇形、辐射形集合体，有的呈细小的颗粒状。白色微带灰、红色，玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽，解理平行 中等，两组解理面交角为74°。密度2.78～2.91 g/cm3，硬度4.5～5，熔点1540℃。热膨胀系数低，在25～800℃时热膨胀系数为6.5×10-6 mm/(mm·℃)；在1125℃左右时可转化为假硅灰石，这时热膨胀系数增加，并由于释放出Fe、Sr等杂质，因此颜色由白色变为奶油色、红色或褐色。硅灰石矿石自然类型通常有夕卡岩型矿石和硅灰石-石英-方解石型矿石两类。前者主要产于夕卡岩型矿床中，矿物组分复杂，常伴生石英、方解石及透辉石、石榴子石等夕卡岩矿物；后者主要产于接触变质和区域变质型矿床，矿物组分简单，又可分为：硅灰石-石英、硅灰石-方解石和硅灰石-石英-方解石型3个亚类。硅灰石矿石的结构构造通常也有两种：致密块状矿石具细粒花岗变晶或纤维变晶结构，致密块状构造，硅灰石呈细小粒状、柱状或纤维状集合体，个别极细粒致密者呈玉状；粗晶硅灰石矿石具纤维变晶结构，块状、似角砾状、巨斑状或条带状构造，硅灰石晶体粗大，呈板柱状，束状或放射状(菊花状)。

硅灰石还具有独特的工艺性能，如使用硅灰石原料后，可以有效的减少坯体收缩率。而且能够降低坯体的吸湿膨胀，防止陶瓷坯体的后期干裂等。含硅灰石的坯体还具有较高的机械强度和较低的介电损失。引入硅灰石的坯体，在烧结过程中成熟速度加快，可以在十几分钟至几十分钟内使坯体成熟，大大降低了单位制品的热损耗，其烧成周期也从过去的90小时，下降为仅仅50分钟。硅灰石最先引入到釉面砖坯料配方中，使面砖的烧成热能损耗由3600大卡/公斤，下降为1850大卡/公斤制品。除釉面砖外，硅灰石原料来已扩大了其应用范围。其节能降耗的效果，已为陶瓷业界人士有目共睹。

造纸级硅灰石粉经过特殊加工工艺后仍能保持其独特的针状结构，使添加了硅灰灰石粉的白板纸，提高其白度，不透明度(面层遮盖度),平整度，平滑度，适应性，减少定量横差和纸板湿变形，提高印刷适应性，并且可大幅度降低其他各种原材料的使 用量，从总体上降低纸制品成本。

陶瓷级硅灰石粉在陶瓷原料中加入适量的硅灰石粉，可以大幅度降低烧成温度，缩短烧成时间，实现低温快速一次烧成。大量节约燃料，明显降低产品成本；同时提高产品的机械性能、减少产品的裂缝和翘曲、增加釉面光泽、提高胚体强度，进而提高产品的合格率。

硅灰石可制刹车片、陶瓷釉面等，广泛应用于汽车、冶金、陶瓷、塑料等工业生产中。其中，目前世界上硅灰石消费前景最看好的领域是工程塑料行业，硅灰石作为塑料橡胶工业的填料和补强剂，在工业制成品中越来越多地替代金属部件，市场对其需求增长迅速。

由于加工方法的改进，超细粒物质的获得，潜在的新用途正陆续被发现，使硅灰石的用途日渐广泛。据国外专家预测，未来硅灰石应用领域所占比例如下：陶瓷工业及有关部门6%；涂料、塑料和装饰材料22%；石棉替代品5%；El常生活绝缘物品用绝缘陶瓷泡沫12%；建筑用绝缘陶瓷泡沫6%；耐火绝缘层陶瓷泡沫2%；铸造生产用陶瓷泡沫4%；矿渣混凝土砌块面层涂料3%；造纸生产40%。

具有一种良好的补强性，既可以提高涂料的韧性和耐用性，又可以保持涂料表面平整与及良好的光泽度。而且提高了抗洗刷和抗风化性能，还可减少涂料与油墨的吸油量并保持碱性，具有抗腐蚀能力。可以得到高质量颜色明亮的涂料，并具有良好的均涂性和抗老化性能。使涂料可以得到更好的机械强度、增加耐久性、增强粘附力和抗腐蚀性能。还有良好的复盖率、附着力。

具有独特的针状纤维，具有良好的绝缘性、耐磨性，以及较高的折光率。是塑料、橡胶制品较好的填充材料。特点与性能：硅灰石粉可以提高冲击强度、增强流动性以及改善抗拉强度、冲击强度、线性拉伸及模收缩率。

是一种特殊的针状结构，同时硅灰石独有的物理机械效能。大大增强了成品的耐摩擦性、耐热性。当产品填充到里面，可以提高摩擦灵活性与及稳定性等特点。

经过特殊加工工艺后仍能保持其独特的针状结构，使添加了硅灰灰石粉的白板纸，提高其白度，不透明度（面层遮盖度），平整度，平滑度，适应性，减少定量横差和纸板湿变形，提高印刷适应性，并且可大幅度降低其他各种原材料的使用量，从总体上降低纸制品成本。

是一种无毒、无味、无放射性等优点逐渐取代了对人体健康有害的石棉，成为新世纪环保建材的新原料。经过特殊加工工艺后仍能保持其独特的针状结构，使添加了硅灰石针状粉的硅钙板、防火板等材料的抗冲击性、抗弯折强度、耐磨强度均大大提高。在建筑材料领域，硅灰石将被更加广泛的应用。

在陶瓷原料中加入适量的硅灰石粉，提高产品的合格率。

世界硅灰石资源较丰富，资源总量估计在8亿t以上，但分布很不均衡。目前仅有20多个国家发现硅灰石矿床，主要分布于亚洲的中国、印度、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦和美洲的墨西哥、美国等国，探明储量3亿t；此外，芬兰、土耳其、纳米比亚、南非、苏丹、加拿大和南斯拉夫等国也发现了硅灰石矿床。

中国和印度是世界上硅灰石资源最丰富的国家。虽然中国硅灰石地质找矿工作起步较晚，但自1975年开始，20年来已取得很大进展，在17个省、自治区发现矿产地百余处，估计资源量近2亿t。截至1996年底止，在14个省、自治区中已有探明储量的矿产地31处，保有矿石储量13265万t，位居世界前列。保有储量最多的是吉林省，占全国总保有矿石储量的40%；其余依次为云南、江西、青海、辽宁4省，共占全国保有矿石储量的49%；浙江、湖南、安徽、内蒙古、广东5省区共占全国保有储量的10%；江苏、广西、湖北、黑龙江4省区共占全国保有矿石储量的1%。

在全国保有储量的31个矿产地中，保有矿石储量据其品位换算成矿物储量后，按全国矿产储量委员会《硅灰石地质勘探规范》(试行)中硅灰石矿床规模划分标准，属于特大型矿的6处，大型矿12处，中型矿5处，小型矿8处。其中：已开采利用的矿产地18处，包括特大型矿4处、大型矿8处、中型矿2处、小型矿4处，共计占用保有矿石储量7661万t，占全国保有矿石储量的58%；可供近期利用的矿产地10处，包括特大型矿2处、大型矿3处、中型矿1处、小型矿4处，共计保有矿石储量4816万t，占全国保有矿石储量的36%；由于与其他矿产共生而难以采选及开采条件差等原因，近期难以利用的矿产地有3处，包括大型矿1处、中型矿2处，共计保有矿石储量788万t，占全国保有矿石储量的6%。

硅灰石的生产方法主要有以下几种：第一，由氧化钙和二氧化硅在高温下煅烧熔融而成；第二，在氢氧化钙与硅胶按摩尔比为1∶1的混合物150～200mg中，加入5mL的电导水，用银内衬高压釜，在200℃下处理10日或在180℃下处理14日后，过滤，用丙酮洗涤，风干，就可制得石硅钙石(CaO·SiO2·16H2O)。如果将此化合物加热至800℃以上，即脱水而转化为β-CaSiO3；第三，利用α-CaSiO3的冷却进行制备，在纯固态下α-CaSiO3向β-CaSiO3转移是困难的，即使相当慢的冷却，也很难使转化进行。因此，往α-CaSiO3中加入其重量几分之一左右的偏钒酸钙Ca(VO3)2为助熔剂，在800～900℃时加热数日，用水和稀盐酸萃取除去钒酸盐，即可制得β-CaSiO3；第四，将纯石英与碳酸钙按CaO/SiO2为1∶1(摩尔比)混合，放入铂坩埚中于1500℃以上充分熔融。硅灰石的储藏条件主要是：要确保储藏器密封，工作间有良好的通风或排气装置，并置于阴凉、干燥处。

我国的硅灰石产量和出口量均居世界第一位。我国硅灰石行业年产量55万t，产品出口到日本、韩国及东南亚等亚洲国家和德国、西班牙等欧洲国家，出口量达20万t，占国际市场的70%。我国硅灰石产品出口的主要市场在欧洲，出口量约l5万t/a。出口日本及韩国的产品主要是超细针状粉。硅灰石行业实现了整体盈利，但利润仍很低，特别是人民币升值及出口退税率由8%降为0，压缩了企业的利润空间，加之采矿准人项目增多，费用增大，采矿与加工成本提高，这些给企业盈利带来了不小的压力。因此，专家预测，2007年硅灰石产品的价格将有小幅提升，出口日本和韩国的产品价格涨幅约为5%～8%。

2010年硅灰石需求量为50万t。由于国内外硅灰石市场需求增长势头不减，价格逐步提高，一些国际大公司高度关注我国的市场和资源优势，试图以合资、并购等方式抢占我国的优质硅灰石资源，进而垄断市场。国内企业及资源所属地区的政策部门，要审慎对待外资的介入，合理、妥善地利用资源，确保行业和企业的健康发展。

展开[1]王成彦, 邢鹏. 花岗岩型铷矿资源综合利用基础研究[M]. 冶金工业出版社, 2020: 101.

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[3]汪鹏. 陶瓷坯料制备工艺基础[M]. 江苏凤凰美术出版社, 2022: 28.

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