资源型矿物简介、石英

1、十四、石英十四、石英东北大学矿物材料与粉体技术研究中心东北大学矿物材料与粉体技术研究中心高鹏高鹏第三章、非金属矿物分述第三章、非金属矿物分述n自然界的石英材料有许多同质异形体，如自然界的石英材料有许多同质异形体，如石英、石英、石英、石英、磷石英、磷石英、磷石英、磷石英、磷石英、磷石英、方石英、方石英、方石英方石英 n -石英石英：以结晶状态存在于自然界中的石英。几乎都是：以结晶状态存在于自然界中的石英。几乎都是 -石英，如石英砂、硅石、水晶等。石英，如石英砂、硅石、水晶等。 -石英受热石英受热573时，时，即转变为即转变为 -石英，同时体积增加石英，同时体积增加0.82%。n -石英：石英：只

2、存于只存于573870的范围内，当温度高于的范围内，当温度高于870时时并有矿化剂存在时，可以转变为并有矿化剂存在时，可以转变为 型鳞石英，体积增加型鳞石英，体积增加16%，温度超过，温度超过1000且有矿化剂存在时，则转变为且有矿化剂存在时，则转变为 -方方石英，体积增加石英，体积增加15.4%。 -鳞石英：鳞石英：只存于只存于8701470范围内，当温度低于范围内，当温度低于870时时，在适当条件下可缓慢转变为，在适当条件下可缓慢转变为 -石英，但在实际生产中极难石英，但在实际生产中极难转化，而亚稳态存在。温度低于转化，而亚稳态存在。温度低于163时，则迅速转化为时，则迅速转化为 -鳞鳞石

3、英，体积减少石英，体积减少0.20%。 -鳞石英：鳞石英：在温度低于在温度低于117时，即转变为时，即转变为 -鳞石英，体积减鳞石英，体积减小小0.20%。 -鳞石英鳞石英：只存于：只存于117以下范围内，多见于火山岩或硅质耐以下范围内，多见于火山岩或硅质耐火材料。火材料。 -方石英：方石英：在温度高于在温度高于1300时向时向 -鳞石英转变，通常大部鳞石英转变，通常大部分分 -方石英在方石英在180270温度范围内，很快变成温度范围内，很快变成 -方石英，体方石英，体积减小积减小2.8%。温度高于。温度高于1713时熔融。时熔融。14.2、石英的用途、石英的用途n通常将优质石英磨成微粉称为硅

4、微粉。n硅微粉是中性无机填料，不含结晶水，不参与被充填物的化学反应，是一种非常稳定的矿物填料，具有电绝缘性、阻燃性、耐腐蚀性等，广泛用于塑料、橡胶、树脂、胶结剂和涂料中。n硅微粉作为填料可大量节省原料，如树脂成本约是硅微粉成本的4倍，而硅微粉在树脂中的填入量可达20%50% 。n硅微粉按使用的原料分为硅微粉按使用的原料分为二氧化硅二氧化硅硅微粉（结晶型硅微粉硅微粉（结晶型硅微粉，原料为石英）；二氧化硅硅微粉广泛用于机电、电工器，原料为石英）；二氧化硅硅微粉广泛用于机电、电工器材、高强度耐磨橡胶、工程塑料、焊条保护层、高温耐磨材、高强度耐磨橡胶、工程塑料、焊条保护层、高温耐磨防腐材料、环氧树脂、

5、聚酯树脂、酚醛树脂的浇注料、塑防腐材料、环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂的浇注料、塑封料、灌封料。封料、灌封料。 n方石英方石英硅微粉（结晶型硅微粉，原料为人工方石英）；方硅微粉（结晶型硅微粉，原料为人工方石英）；方石英硅微粉白度高、密度小，具有惰性，而且能给充填系石英硅微粉白度高、密度小，具有惰性，而且能给充填系统一种透明的感觉，在牙科中可作为填料，在制鞋业及其统一种透明的感觉，在牙科中可作为填料，在制鞋业及其他方面可替代部分钛白粉使用。他方面可替代部分钛白粉使用。 n熔融熔融石英粉（无定形硅微粉，原料为熔融石英）。石英粉（无定形硅微粉，原料为熔融石英）。n熔融石英粉除保持二氧化硅粉的特性外，还

6、可满足熔融石英粉除保持二氧化硅粉的特性外，还可满足35m电子技术塑封料的必要的高纯度、低应力、膨胀系数电子技术塑封料的必要的高纯度、低应力、膨胀系数小、高耐湿性的要求，主要用于大、中、小晶体管，电子小、高耐湿性的要求，主要用于大、中、小晶体管，电子原件，集成电路的塑封，以及原件，集成电路的塑封，以及35m电路技术配套使用的电路技术配套使用的环氧塑封料的填料。环氧塑封料的填料。14.3、粉石英的用途、粉石英的用途n粉石英：是一种天然碎屑状风化产物。粉石英：是一种天然碎屑状风化产物。n粉石英是粉石英是80年代初发现的一种新型非金属矿产资源，在陶年代初发现的一种新型非金属矿产资源，在陶瓷、玻纤、耐火

7、材料、保温材料、精密铸造、橡胶塑料填瓷、玻纤、耐火材料、保温材料、精密铸造、橡胶塑料填料等工业领域具有广阔的应用前景，是一种加工简单、用料等工业领域具有广阔的应用前景，是一种加工简单、用途广泛的新兴工业矿物原料。途广泛的新兴工业矿物原料。n粉石英的化学成分依产地而异，一般粉石英的化学成分依产地而异，一般SiO2含量都在含量都在98%以以上，杂质有上，杂质有Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等。等。14.5、白炭黑、白炭黑白炭黑指粉末状的无定形二氧化硅和硅酸盐，由于其在橡白炭黑指粉末状的无定形二氧化硅和硅酸盐，由于其在橡胶中近于炭黑的补强性能，胶中近于炭黑的补强性

8、能，故称之为故称之为白炭黑白炭黑。主要是指沉淀主要是指沉淀二氧化硅二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙硅酸钙等等 ，但由，但由于硅酸盐用量减少，目前已专指沉淀法和气相法白炭黑。于硅酸盐用量减少，目前已专指沉淀法和气相法白炭黑。白炭黑分子式为白炭黑分子式为SiO2nH2O，是一种白色、无毒、无定形，是一种白色、无毒、无定形微细粉状无机硅化合物，具有多孔性、高分散性、质轻、微细粉状无机硅化合物，具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能化学稳定性好、耐高

9、温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能。密度为。密度为2.3192.653g/cm3，熔点为，熔点为1750。n14.5.1沉淀法白炭黑沉淀法白炭黑n沉淀法白炭黑又称沉淀法水合二氧化硅，为白色无定形粉沉淀法白炭黑又称沉淀法水合二氧化硅，为白色无定形粉状物质，质轻而松散，无毒、无味、无臭，不溶于水和酸状物质，质轻而松散，无毒、无味、无臭，不溶于水和酸，溶于氢氧化钠及氢氟酸。高温不分解，电绝缘性高，有，溶于氢氧化钠及氢氟酸。高温不分解，电绝缘性高，有吸湿性，对其他化学药品稳定，耐高温，不燃烧。吸湿性，对其他化学药品稳定，耐高温，不燃烧。n平均粒径为平均粒径为11110nm，比表面积，比表面积35380m

10、2/g，加热减量，加热减量4.0%8.0%，灼烧减量约，灼烧减量约6%，pH值值58，表观密度，表观密度250kg/m3，并有很好的电绝缘性。，并有很好的电绝缘性。n沉淀法白炭黑生产工艺沉淀法白炭黑生产工艺n沉淀法白炭黑所用原料水玻璃又名泡花碱，无色、青绿色沉淀法白炭黑所用原料水玻璃又名泡花碱，无色、青绿色或棕色的固体或粘稠液体，或棕色的固体或粘稠液体，是由碎石是由碎石(石英砂石英砂)、纯碱、纯碱(或土或土碱碱)在熔化窑炉中共熔、冷却、粉碎制得，其燃料为煤、天在熔化窑炉中共熔、冷却、粉碎制得，其燃料为煤、天然气或煤气。反应式为：然气或煤气。反应式为：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2

11、n通常所使用的是干法生产固体水玻璃，再经溶解转变成所通常所使用的是干法生产固体水玻璃，再经溶解转变成所需规格的液体水玻璃，其转换率为需规格的液体水玻璃，其转换率为1:2.5。n石英砂石英砂+纯碱纯碱煅烧煅烧水淬水淬固体水玻璃固体水玻璃溶化溶化液体水玻液体水玻璃璃n沉淀法白炭黑生产工艺沉淀法白炭黑生产工艺n沉淀法就是将水玻璃与硫酸或盐酸作用，生成硅酸，再分沉淀法就是将水玻璃与硫酸或盐酸作用，生成硅酸，再分解而制得白炭黑。解而制得白炭黑。n沉淀法生产的白炭黑属于含水二氧化硅，含沉淀法生产的白炭黑属于含水二氧化硅，含SiO2 90%左右左右，市场需求量大，主要用于作橡胶补强填料。，市场需求量大，主要

12、用于作橡胶补强填料。n14.5.2 气相法白炭黑气相法白炭黑n气相法白炭黑的分子式为气相法白炭黑的分子式为SiO2nH2O， SiO2含量在含量在99.8%以以上，并有微量上，并有微量Al2O3、Fe2O3、TiO2和和HCl，其表面有硅烷，其表面有硅烷醇基团醇基团(SiOH)，而，而Si-O-Si键处于颗粒内部，其结构式如图键处于颗粒内部，其结构式如图15.1所示。所示。图2.15 气相法白炭黑结构n气相法白炭黑是白色无定形粉状物质，质轻而松散。不溶于水及酸，溶于氢氧化钠及氢氟酸，高温不分解，电绝缘性高，有吸湿性，对其他化学药品稳定，耐高温，不燃烧。平均粒径340nm，比表面积50500m2

13、/g，表观密度：标准品50kg/m3，密实品120kg/m3，pH值3.64.3，加热减量1.5%，灼烧减量2.0%，45m筛余物0.05%。n气相白炭黑是四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空气和氢气混气相白炭黑是四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空气和氢气混合气流中经高温水解生成的一种无定形粉末。合气流中经高温水解生成的一种无定形粉末。n化学反应方程如下：化学反应方程如下：2H2+O2+SiCl4SiO2+4HCl 图图14.2 气相法制备白炭黑工艺流程图气相法制备白炭黑工艺流程图n该方法优点是产品纯度极高，分散度高，粒子细而成球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能。但所用原料贵，设备要求高，技术复杂，因

14、此，只有对白炭黑有特殊用途要求情况下，才使用该方法。n所得产品往往是球形颗粒，表面带有羟基和吸附水，粒径在740nm之间，比表面积大，化学纯度高，SiO299.8%n广泛应用于硅橡胶、油漆涂料、油墨和复印机墨粉、粘胶剂、电缆料与不饱和聚酯树脂、植物保护、食品和化妆品，可起到补强、增稠、抗结块、控制体系流变和触变等作用。n14.5.3 其他白炭黑生产工艺其他白炭黑生产工艺n 非金属矿法n用非金属矿制取白炭黑所用原料有硅藻土、蛋白土、蛇纹石、膨润土、高岭土、硅灰石、海泡石、凹凸棒石等。利用非金属矿制取白炭黑，在技术上可行，经济效益很好，为非金属矿的深加工和综合利用提供了一条新路。用粘土矿物煅烧转化

15、也可制备白炭黑。由非金属矿先制取水玻璃，再由水玻璃制取白炭黑的技术仍是沉淀法。n 禾本科植物法n以稻壳、谷壳灰为原料制取白炭黑。用该法生产的白炭黑介于沉淀法和气相法中间。它的成本不但远远低于气相法，而且也低于沉淀法；它的质量远远高于沉淀法，接近气相法。如以稻壳、谷壳灰为原料，经碱浸后得水玻璃，水玻璃与酸反应得沉淀物，经过滤、水洗、干燥得白炭黑，此技术也是沉淀法。宜宾五粮液集团精细化工有限公司是国内唯一一家用植物生产白炭黑的厂家，年产白炭黑4000t。n14.5.4 白炭黑的应用白炭黑的应用n(1) 硅橡胶。气相白炭黑大量应用于室温硫化硅橡胶和高温硫化硅橡胶。n (2) 油漆和涂料。在液态涂料和油漆中，气相白炭黑兼有流变助剂、防沉剂、助分散剂、消光剂的功能。 n(3) 塑料和不饱和聚酯树脂。在塑料的混炼中加入少量的气相白炭黑，就会产生明显的补强作用，大大提高材料的硬度和机械性能。在不饱和聚酯树脂中加入少量的气相白炭黑可以赋予树脂极佳的透明度和优异的物理性能。n(4) 在农药、药品和化妆品中的应用n活性白炭黑具有很大的内、外比表面积，因此是理想的农药载体。白炭黑用作各种农药的乳液分散剂、颗粒剂时，能大量吸收杀虫剂