硅灰石在陶瓷中的应用

硅灰石在陶瓷中的应用

硅灰石是一种钙硅酸盐矿物，它是由英国矿物学家沃兰斯顿的名字所命名，沃兰斯顿Ｗｏｌｌｓｔｏｎ即硅灰石的英文名字。硅灰石在地球上分布很广，具有普遍的工业意义。早在20世纪50年代起美国就开始利用天然硅灰石生产陶瓷釉面砖。我国硅灰石资源比较丰富，自20世纪70年代在湖北省大冶地区发现优质储量大的硅灰石矿，后来又在福建、吉林、辽宁、安徽等地发现了硅灰石矿，为我国建筑陶瓷生产硅灰石－腊石－黏土系列的釉面砖提供了丰厚的基础。近年来作为开发利用于建筑卫生陶瓷用原料，尤其是在用做低温快烧陶瓷原料方面颇受青睐，人们渐渐对它抱有较大的关注。

１、硅灰石的矿物特征：硅灰石一般产于石灰岩或大理岩与花岗岩相接触变质带内，常与透闪石相共生，二者容易混淆，但硅灰石质软，二透闪石性脆极容易折断。另外在火成岩的富钙岩中也能够生成。我国大冶出产的硅灰石矿物组成，硅灰石占75%以上，另外是钙铁石榴子石大约占15－02%左右，透辉石大约占５－10%，其次还有少量的蛋白石、石英、方解石及极微量的绿帘石、符山石、磁铁矿、黄铁矿等。硅灰石由于其中的钙常被铁、锰、镁、锶以类质同相方式所取代，因此自然界中绝对纯的硅灰石较难找到。硅灰石分为高温相与低温相两种，前者叫假硅灰石，属于三斜晶系呈假斜方系或假六方系晶体。后者分为硅灰石三晶斜系与付硅灰石单斜晶系两种变体。硅灰石的识别特征为外表呈白色或者带灰与浅红的白色，也有少量呈现肉红色，部分还有呈灰色、暗褐色或棕色。硅灰石为三斜状晶体或柱状晶体，晶体粗大，普通长１－１０厘米，最大的有达到80厘米的。其集合体多为放射状、纤维状、致密块状等形态。硅灰石呈玻璃光泽，有条痕白色。其硬度为4.5－5.5莫氏硬度。密度为2.8－2.9克／立方厘米。硅灰石性脆且断口参差不齐，呈透明或半透明状。硅灰石的熔点高达1540度，有杂质的情况下，熔点可以大大降低。

硅灰石的化学分子式为硫酸钙或氧化钙与二氧化硅形态。其理论组成为二氧化硅含量51.7%；氧化钙含量48.3%；氧化铁含量低于1.5%；氧化镁含量为2.8%，二氧化碳的含量占10%左右。与硅灰石共生的矿物有方解石、透辉石、钙铝石榴石、绿帘石、符山是、稍石等。在20世纪80年代中期，全世界已经发现硅灰石的储量为9000万吨。我国湖北、山东、江苏、福建、广东、河南、四川、新疆、青海、西藏等地富含接触变质铁矿区，在酸性火成岩与不纯灰岩接触变质硅卡岩带均具备形成硅灰石的地质条件。湖北大冶

的硅灰石矿物中，硅灰石的含量很高，超过了俄罗斯，而与美国硅灰石矿纯度相当为其在建筑卫生陶瓷产品中的应用创造了条件。

２、硅灰石在建筑卫生陶瓷中的应用

事实证明硅灰石可以大量应用于陶瓷工业。现在，地球上天然硅灰石质量很纯的原料储藏不多，因此常常需要经过矿物工艺的处理，如手工选矿、磁力筛选矿干式或湿式、螺旋式分离法、浮选方法等，才能将硅灰石矿体精制提高到工业原料的纯度。目前世界上美国、丹麦、意大利、英国、德国、俄罗斯等国的陶瓷行业，大多采用工业合成的方法生产硅灰石原料，以推广其用途。现在硅灰石的合成方法有熔铸法、烧结法、水溶液合成法、高压热水合成法及磷渣改造法等。美国采用高压热水合成法制成的硅灰石陶瓷原料已经上市销售多年，颇受陶瓷厂家欢迎。另外，近年来由于发现磷渣成分与硅灰石相似，英国、日本、德国、美国已经开始采用直接利用磷矿渣生产建筑卫生陶瓷的原料。

由于硅灰石矿物中富含有二氧化硅50%左右、氧化钙44－48%左右，可以为陶瓷产品提供丰富的二氧化硅瘠性原料及氧化钙熔剂原料，因此，硅灰石很适合用于陶瓷坯料的配方。硅灰石的陶瓷工艺特点主要有以下几个方面。其中有的有利于陶瓷生产工艺的改进，有的有害于陶瓷生产应用。但在对含硅灰石坯料进行优选配方或改性之后，完全可以趋利避害，使其成为较优良的陶瓷坯体原料。１硅灰石在建筑卫生陶瓷的坯料中，具有明显的溶剂作用，适量使用可以大大降低坯体的烧成温度。尤其在当前需要节能与低温烧成工艺的形势下，坯体原料中采用硅灰石是很好的选择。如采用普通原料烧成时的温度为1250度时，如果在坯料内其中加入25%的硅灰石时，烧成温度可以降低到1150度。采用传统配方的坯料，烧成时间通常需要几十个小时，如在坯料内加入20%的硅灰石原料，烧成时间可缩短到几个小时。如果再适量提高加入量，烧成时间还可减少。仅此两项即可节省能源消耗60%以上；２由于硅灰石烧成灼减量小，受热膨胀率低、呈线形膨胀且变化均匀，因此在1200度之前不会发生明显的吸热或放热效应，也不会发生相变，因此非常适宜于快速烧成工艺，并且能够明显缩短烧成周期，具有明显的节能效果；３

在烧成中硅灰石可以减少烧成收缩，显著改变产品的挠曲与裂缝。提高产品的机械强度。因此能够保证产品的规整度与实物质量；４硅灰石由于其节能、低温烧成、省时、和产品理化性能的改善等优点形成的综合效应，可以促进陶瓷生产工艺、窑炉结构与烧成工艺、操作方法的改进。实践证明采用硅灰石原料的坯体配方缩短了烧成时间，简化了生产工艺，节约了能源，降低了生产产品的成本，提高了产量与经济

效益。当然，天然硅灰石必须经过有益的工艺配方，使其发挥最大的优越心能。否则也会出现许多麻烦。例如由于硅灰石属于低温矿物原料，高温烧成时的相转变点在1120度上下之间，其转变过程比较缓慢；硅灰石质坯体烧成温度超过1100度时，容易发生变形，因此导致其烧成温度范围尚狭窄；硅灰石的膨胀系数较低，所以其坯体难以与釉料相结合；再者，由于硅灰石呈现针状晶体状，难以粉碎磨细，因此球磨粉碎时间较长。不过这些并非是不能解决的问题。经过陶瓷工艺科技实验与改进，完全可以找到最佳的科学配方。近20年来，我国各地的许多家陶瓷企业成功地采用硅灰石陶瓷原料生产建筑卫生陶瓷产品，取得许多成功的经验，改进了生产工艺，降低了生产成本，大大提高了企业的经济效益。

近年来，有的陶瓷企业利用硅灰石优化陶瓷釉料的品质，如使用硅灰石改善日用陶瓷产品的釉面质量。试验表明由于硅灰石自身不含有有机物及结晶水等挥发成分，因此在烧成中坯体不会形成热分解释放出有害于釉面的气体。又由于硅灰石坯体的干燥收缩与烧成收缩均小，热膨胀系数小，非常有益于低温快速烧成新工艺。在日用陶瓷的釉料中适量加入硅灰石后，能够顶替部分石英与石灰石原料，可以完全避免因石灰石分解排出的二氧化碳气体，所造成的釉面针孔以及釉泡缺陷。在烧成中硅灰石可以降低釉的高温黏度，优化瓷器釉面的光泽度和光润平整度。目前硅灰石已经被用于生产瓷砖、半透明工艺品、美术陶瓷、日用精陶器、特种陶瓷中的多空陶瓷、低损耗电磁、陶瓷铸模等等。在建筑卫生陶瓷工业方面则可以生产彩釉墙地砖、锦砖、卫生洁具与部分釉料半产品，形成了很大的进展。各地陶瓷企业今后有必要对硅灰石加强进一步的研究与开发，要逐渐扩大其使用范围。随着陶瓷科技进步的不断推进与提高，将来硅灰石原料在陶瓷工业中会有更大的用途。