第六章硅灰石概述1.硅灰石：硅灰石是一种接触变质矿物，属偏硅酸盐类，化学成分为CaSiO3。
硅灰石的英文名称是wollastonite,它是以英国化学家W.H.Wollaston的名字命名的。
2.世界上应用历史：自然硅灰石的发现比较早，但作为一种天然矿物原料应用于工业上则比较晚。
⑴.美国的应用：是最早开采和应用硅灰石的国家。
①早在1933—1934年就对加利福尼亚州克恩县科德赛丁（Code Siding）附近的硅灰石矿进行开采，以作白色矿棉之用。
②第二次世界大战初期又对硅石矿进行开采，以出售原矿石，矿石的应用范围也非常有限。
③直到五十年代初在威尔斯鲍罗建立年产6万吨硅灰石精矿的完全机械化的选矿厂之后，硅灰石矿床才正式进入较大规模开采阶段。
七十年代初开采能力增到每年7万吨。
④到1979年生产能力扩大到每年9.5万吨，成为当时世界上开采规模最大的国家。
⑵.其他国家发展应用情况：①芬兰、墨西哥、苏联等国是继美国之后，于五十年代中后期先后勘探和开发本国的硅灰石矿产资源，生产各种品级的硅灰石精矿产品。
②特别是六十年代后期才发展起来的印度、土耳其等国年开采量已超过万吨，其中印度还打算在近期内将其生产能力提高到每年7.5万吨，成为世界上硅灰石主要生产国。
③到1982年止，上述国家年硅灰石产量约占世界开采量的85%以上，其中仅美国就占世界硅灰石产量的63%。
④其他还有肯尼亚、纳米尼亚、南非、苏丹、南斯拉夫等也有规模不等的硅灰石矿在进行开采，不过产量一般较少。
3.从天然硅灰石到人工合成硅灰石：硅灰石是具有独特的物理和化学性质并有良好节能性的新兴矿物原料，在工业上的用途比较广泛。
⑴30多年来，虽然生产硅灰石的国家增加不多，但其产量的增长仍比较快，据不完全统计：.①五十—六十年代初，世界硅灰石开采量约4万吨。
②.到七十年代初增长到9万吨。
③八十年代初又增长到15万吨，二十年时间世界硅灰石产量增长近4倍，平均年增长率约为14%，但仍不能满足工业发展的需要。
⑵所以有些天然硅灰石资源比较少或是缺乏的国家，如西德、法国、英国、意大利、丹麦、日本等工业发达国家，都在积极开展人工合成硅灰石的研究和生产。
日本早在六十年代初期就开始研制生产合成硅灰石⑶这种合成硅灰石与天然硅灰石一样，也具有良好的电绝缘性、耐热性和化学稳定性，在陶瓷、塑料、橡胶和绝缘材料等方面用量较大。
但由于人工合成硅灰石生产成本高（约为天然硅灰石的2倍），所以生产发展一直很缓慢。
4.应用的发展历史：⑴硅灰石最早确定的用途是作为矿棉和在油漆、造纸、橡胶工业中作为填料，及在电焊条涂料中和护焊剂中作为一种拼料用⑵后来研究结果证明硅灰石在各类陶瓷工业中具有广泛的用途，目前在这方面的用量已超过世界硅灰石产量的一半。
大约有占世界30%的产量用于涂料工业，其他20％主要用于塑料、粘合剂、玻璃工业、填隙材料，⑶有的国家作为冶金的助溶剂，以及用作绝缘材料等。
5.我国应用的发展史：⑴我国硅灰石地质工作开展较晚，到目前只有十年的历史，⑵但发展迅速，从1975年湖北大冶小箕铺首先发现硅灰石矿床以来，相继在吉林、湖南、江西、福建、青海、河北等陆续发现了一批规模较大、质量较好的硅灰石矿床。
其中以吉林的硅灰石规模最大。
大顶子硅灰石矿为我国目前最大的矿床，现正着手进行大规模开采。
一、化学成分：硅灰石是一种钙的偏硅酸盐类矿物，分子式为CaSiO3（或Ca3[Si3O9]），CaO 48.3%，SiO2 51.7%。
但常有少量的Fe2+、Mn2+、Mg2+(偶见K+、Na+)替代Ca2+，偶见Ti4+替代Si4+。
二、晶体结构及分类：㈠、分类：（三种同质多象变体）：⑴.低温α-CaS i O3硅灰石（单链结构硅酸盐）①形成温度：<1126℃,②三斜晶系：硅灰石—Tc 自然界最常见③单斜晶系：硅灰石—2M（或称副硅灰石）自然界产出较少⑵.高温β—CaSO3硅灰石（环状结构硅酸盐）①形成温度：>1126℃②三斜晶系：环硅灰石（或称假硅灰石），（假正交晶系）自然界罕见㈡、晶体结构——硅灰石晶体是一种单链结构：1.低温在α—CaSO3：①Ca与O为六次配位——形成八面体，[CaO6] 八面体共棱连结成平行b轴的链（图1）②S i与O为四次配位——形成四面体，它形成双四面体和单四面体，每一个S i-O四面体均以两角顶与相邻四面体连接，交互成为排列的链[S i3O9]。
（图1）③八面体链与四面体链相互配合，形成平行b轴的单链结构。
（图1 ）链长：S i—O=1.52～1.64Å，Ca—O=2..32～2.40Å棱长：八面体棱长3.65Å，双面四面体棱长，当S i—O—S i为直线时4.1～4.2Å（图2）④在Ca—O八面体与S i—O四面体链的结合中，为了使3个[S i O4]四面体（1个单四面体和1个双面体）与2个[CaO6]八面体相适应，[S i2O7]双四面体S i—O—S i产生弯曲。
（图1）。
⑤α—CaS i O3硅灰石的多型；（硅灰石—Tc和灰石—2M）。
图3所示的由[CaO6]八面体和[S i3O9]硅氧骨干组成的复合的单链是α—CaS i O3的基本结构单元，只是由于这种基本结构单元的叠置方式的不同，从而形成了硅灰石—Tc和硅灰石—2M。
图示硅灰石—Tc和硅灰石—2M晶胞对比示意图，可以看出后者系由前者的相互产生b/2位移的两个晶胞所组成。
2.高温变体β—CaS i O3晶体结构：高温变体β—CaS i O3晶体结构由水镁石型（两层氧作最紧密堆积，阳离子充填其八面体空隙，即形成了八面体共棱联结的层）的[CaO6]八面体层与[S i3O9]三环沿C轴交替排列而成（图4）。
三、物理化学性质：1、晶体形态晶体呈沿b轴延伸的板柱状并发育一系列平行b轴的晶面，可依（100）或（001）成双晶，但在自然界单晶极罕见。
多呈针状纤维状或放射状集合体，甚至细小的颗粒也呈纤维状，这种习性仍保持不变。
纤维的长度与直径之比可由7～8 ∶1至20～30 ∶1。
这种针状或纤维状形态使其在工业上有许多用途。
2、高白度、高亮度：天然硅灰石一般呈白色、灰白色，偶见黄、绿、棕等颜色。
纯的硅灰石呈白色或亮白色，玻璃光泽。
纯度在99%、粒度达到小于325目的硅灰石，其反射率可达92-96%，具有很高的白度或亮度。
这些优点是在高级陶瓷产品和优质白色油漆与发亮涂料的生产中有重要价值的工艺特性。
3、硅灰石的主要物理化学性质：表硅灰石的主要物化性质四、矿石类型硅灰石是一种典型的变质矿物。
通常出现于酸性岩浆岩与碳酸盐,特别是硅质灰岩的接触带。
亦见于区域变质的碳酸盐建造中。
1、成矿作用过程：成矿作用的反应过程可用下式表示。
CaCO3+SiO2 →CaSiO3+CO2合成试验指出：在定压升温或定温降压条件下反应由左向右进行。
Winkler（1965）认为在半深成一浅成的较低压力条件下，温度约在450～600℃时利于发生这一成矿作用。
2、矿石成因类型：硅灰石矿石类型主要有大理岩型和夕卡岩型两大类。
我国主要硅灰石矿石类型见表。
⑴热接触变质岩型：（所谓大理岩型）①条件：A、由硅质灰岩（如燧石条带或燧石团块灰岩等）经侵入体热变质作用形成.B、一般没有外来物质带入。
②矿物成分和化学成分特点:取决于形成硅灰石的硅质灰岩的特点；热变质岩型硅灰石矿石的物质成分一般比较简单。
A、硅灰石含量通常大于50%，高的可达90%以上。
B、主要为方解石，其次为石英，局部可见到反应残余的燧石条块。
透辉石（CaMg［S i2O6］）和石榴子石一般很少，且后者主要是钙铝榴石（Ca3Al2［SiO4］3）。
C、所以这类矿石在化学成分上的一大特点是含Fe等有害染色组分少，（下表）。
一般都低于规定的技术指标。
因此，这类矿石一般只经单一浮选除去方解石即可利用。
⑵矽卡岩型：①条件：实际上是一种富含硅灰岩的矽卡岩，由侵入体提供S i O2热流体交代石灰岩形成。
②这种矿石的物质组成一般比热变质岩型矿石要复杂。
矿石中除硅灰石（10-99%）外，主要共生矿物有透辉石（-25%）、石榴子石（-20%）和方解石、石英，常见闪石、绿帘石及磁铁矿、黄铜矿等金属矿物与之伴生。
（下表）。
根据主要共生或伴生矿物种类及其含量多少，可将该类矿石划分为不同的自然类型：表我国主要硅灰石矿石类型五、主要用途：表硅灰石的主要用途目前世界上硅灰石消耗最多的是陶瓷工业（≥50%），其次是化工工业（≥30%）（油漆、涂料、橡胶、塑料、颜料、树脂等充填料）。
其他10-20%。
1、陶瓷工业：⑴、陶瓷工业主要作用：（加入一定量的硅灰石，与不用硅灰石的传统配料比较）①可以提高坯体抗压强度、压型质量——增强坯体在快速焙烧中抗裂、抗挠曲的能力。
②硅灰石中不含化学结合水、不含碳酸盐——能减少焙烧中坯体的收缩性、并没有气泡排出，不产生产品中的气孔。
③硅灰石的针状外形提供了坯体中水分快速排出通道——加快干燥速度。
也可减少气孔产生。
大大缩短了预热期。
④具助熔性——在低温下易于硅、铝氧化物相熔。
⑤线性热膨胀小——能使坯体处于均匀烧结状态，能很快达到烧制温度。
⑥极高的介电常数——使电瓷具高的电绝缘性。
⑦具高白度、亮度——增加陶瓷白度和亮度。
２、化工工业：（高白度、亮度，针状晶形，吸水率、吸油率低）⑴油漆、涂料——作为填充剂，（补充剂），增量剂。
①高白度、亮度——高质量纯白油漆，纯白、发亮涂料。
②针状晶体是一种平光剂作用——油漆、涂料使用后变得光洁平滑。
即美观，抗风化力也强。
③吸油、吸水率低——减少用油量，涂料、原料用量。
④粘度小，易涂抹——与其他填充剂比较。
⑵橡胶、塑料——电绝缘性、化学惰性，耐热性，针状晶形。
①针状晶形——加强填料的粘结牢固，均匀，产品具有耐磨性。
（如橡胶、塑料鞋底、轮胎。
其他非黑色橡胶）。
②电绝缘性——提高橡胶、塑料的电绝缘性。
３、冶金工业：助熔剂，能在较低温度下（1060-1149℃）与SiO2，Al2O3等相熔，从而起到降低混合物熔融温度，并有利炉渣生成和排渣。
４、建筑工业：⑴矿棉：①针状、纤维状晶形加工后能成松散絮棉性能——石棉的代用品②保温、绝热性、绝缘性。
③过程：1500℃高温熔化，熔融浆料流向高速旋转轮，纤维吹向远输带，敷成毡状。
⑵微晶玻璃原料利用其针状、纤维状晶体特点，在微晶玻璃中形成针状、网状微晶结构，增加微晶玻璃制品的强度。
⑶白水泥：作为白水泥原料是白水泥的组成成分。
５、电子工业：利用绝缘性特点。
做电子绝缘材料、荧光灯、电视机显像管、Ｘ－射线荧光屏的涂料。
６、机械工业：——粘结剂。
利用针状和助熔性质，当砂轮坯料中加入硅灰石——1200℃熔烧时，可起如下作用。
①降低熔烧温度②增高坯料粘结强度，提高产品坚固性、耐磨性。
