資源型礦物簡介、石英

1、十四、石英十四、石英東北大學(xué)礦物材料與粉體技術(shù)研究中心東北大學(xué)礦物材料與粉體技術(shù)研究中心高鵬高鵬第三章、非金屬礦物分述第三章、非金屬礦物分述n自然界的石英材料有許多同質(zhì)異形體，如自然界的石英材料有許多同質(zhì)異形體，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：以結(jié)晶狀態(tài)存在于自然界中的石英。幾乎都是：以結(jié)晶狀態(tài)存在于自然界中的石英。幾乎都是 -石英，如石英砂、硅石、水晶等。石英，如石英砂、硅石、水晶等。 -石英受熱石英受熱573時，時，即轉(zhuǎn)變?yōu)榧崔D(zhuǎn)變?yōu)?-石英，同時體積增加石英，同時體積增加0.82%。n -石英：石英：只

2、存于只存于573870的范圍內(nèi)，當(dāng)溫度高于的范圍內(nèi)，當(dāng)溫度高于870時時并有礦化劑存在時，可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒂械V化劑存在時，可以轉(zhuǎn)變?yōu)?型鱗石英，體積增加型鱗石英，體積增加16%，溫度超過，溫度超過1000且有礦化劑存在時，則轉(zhuǎn)變?yōu)榍矣械V化劑存在時，則轉(zhuǎn)變?yōu)?-方方石英，體積增加石英，體積增加15.4%。 -鱗石英：鱗石英：只存于只存于8701470范圍內(nèi)，當(dāng)溫度低于范圍內(nèi)，當(dāng)溫度低于870時時，在適當(dāng)條件下可緩慢轉(zhuǎn)變?yōu)椋谶m當(dāng)條件下可緩慢轉(zhuǎn)變?yōu)?-石英，但在實(shí)際生產(chǎn)中極難石英，但在實(shí)際生產(chǎn)中極難轉(zhuǎn)化，而亞穩(wěn)態(tài)存在。溫度低于轉(zhuǎn)化，而亞穩(wěn)態(tài)存在。溫度低于163時，則迅速轉(zhuǎn)化為時，則迅速轉(zhuǎn)化為 -鱗鱗石

3、英，體積減少石英，體積減少0.20%。 -鱗石英：鱗石英：在溫度低于在溫度低于117時，即轉(zhuǎn)變?yōu)闀r，即轉(zhuǎn)變?yōu)?-鱗石英，體積減鱗石英，體積減小小0.20%。 -鱗石英鱗石英：只存于：只存于117以下范圍內(nèi)，多見于火山巖或硅質(zhì)耐以下范圍內(nèi)，多見于火山巖或硅質(zhì)耐火材料?；鸩牧?。 -方石英：方石英：在溫度高于在溫度高于1300時向時向 -鱗石英轉(zhuǎn)變，通常大部鱗石英轉(zhuǎn)變，通常大部分分 -方石英在方石英在180270溫度范圍內(nèi)，很快變成溫度范圍內(nèi)，很快變成 -方石英，體方石英，體積減小積減小2.8%。溫度高于。溫度高于1713時熔融。時熔融。14.2、石英的用途、石英的用途n通常將優(yōu)質(zhì)石英磨成微粉稱為硅

4、微粉。n硅微粉是中性無機(jī)填料，不含結(jié)晶水，不參與被充填物的化學(xué)反應(yīng)，是一種非常穩(wěn)定的礦物填料，具有電絕緣性、阻燃性、耐腐蝕性等，廣泛用于塑料、橡膠、樹脂、膠結(jié)劑和涂料中。n硅微粉作為填料可大量節(jié)省原料，如樹脂成本約是硅微粉成本的4倍，而硅微粉在樹脂中的填入量可達(dá)20%50% 。n硅微粉按使用的原料分為硅微粉按使用的原料分為二氧化硅二氧化硅硅微粉（結(jié)晶型硅微粉硅微粉（結(jié)晶型硅微粉，原料為石英）；二氧化硅硅微粉廣泛用于機(jī)電、電工器，原料為石英）；二氧化硅硅微粉廣泛用于機(jī)電、電工器材、高強(qiáng)度耐磨橡膠、工程塑料、焊條保護(hù)層、高溫耐磨材、高強(qiáng)度耐磨橡膠、工程塑料、焊條保護(hù)層、高溫耐磨防腐材料、環(huán)氧樹脂、

5、聚酯樹脂、酚醛樹脂的澆注料、塑防腐材料、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂的澆注料、塑封料、灌封料。封料、灌封料。 n方石英方石英硅微粉（結(jié)晶型硅微粉，原料為人工方石英）；方硅微粉（結(jié)晶型硅微粉，原料為人工方石英）；方石英硅微粉白度高、密度小，具有惰性，而且能給充填系石英硅微粉白度高、密度小，具有惰性，而且能給充填系統(tǒng)一種透明的感覺，在牙科中可作為填料，在制鞋業(yè)及其統(tǒng)一種透明的感覺，在牙科中可作為填料，在制鞋業(yè)及其他方面可替代部分鈦白粉使用。他方面可替代部分鈦白粉使用。 n熔融熔融石英粉（無定形硅微粉，原料為熔融石英）。石英粉（無定形硅微粉，原料為熔融石英）。n熔融石英粉除保持二氧化硅粉的特性外，還

6、可滿足熔融石英粉除保持二氧化硅粉的特性外，還可滿足35m電子技術(shù)塑封料的必要的高純度、低應(yīng)力、膨脹系數(shù)電子技術(shù)塑封料的必要的高純度、低應(yīng)力、膨脹系數(shù)小、高耐濕性的要求，主要用于大、中、小晶體管，電子小、高耐濕性的要求，主要用于大、中、小晶體管，電子原件，集成電路的塑封，以及原件，集成電路的塑封，以及35m電路技術(shù)配套使用的電路技術(shù)配套使用的環(huán)氧塑封料的填料。環(huán)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：是一種天然碎屑狀風(fēng)化產(chǎn)物。粉石英：是一種天然碎屑狀風(fēng)化產(chǎn)物。n粉石英是粉石英是80年代初發(fā)現(xiàn)的一種新型非金屬礦產(chǎn)資源，在陶年代初發(fā)現(xiàn)的一種新型非金屬礦產(chǎn)資源，在陶瓷、玻纖、耐火

7、材料、保溫材料、精密鑄造、橡膠塑料填瓷、玻纖、耐火材料、保溫材料、精密鑄造、橡膠塑料填料等工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是一種加工簡單、用料等工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是一種加工簡單、用途廣泛的新興工業(yè)礦物原料。途廣泛的新興工業(yè)礦物原料。n粉石英的化學(xué)成分依產(chǎn)地而異，一般粉石英的化學(xué)成分依產(chǎn)地而異，一般SiO2含量都在含量都在98%以以上，雜質(zhì)有上，雜質(zhì)有Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等。等。14.5、白炭黑、白炭黑白炭黑指粉末狀的無定形二氧化硅和硅酸鹽，由于其在橡白炭黑指粉末狀的無定形二氧化硅和硅酸鹽，由于其在橡膠中近于炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性能，膠中近于炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性

8、能，故稱之為故稱之為白炭黑白炭黑。主要是指沉淀主要是指沉淀二氧化硅二氧化硅、氣相二氧化硅、超細(xì)二氧化硅凝、氣相二氧化硅、超細(xì)二氧化硅凝膠和氣凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和膠和氣凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣硅酸鈣等等 ，但由，但由于硅酸鹽用量減少，目前已專指沉淀法和氣相法白炭黑。于硅酸鹽用量減少，目前已專指沉淀法和氣相法白炭黑。白炭黑分子式為白炭黑分子式為SiO2nH2O，是一種白色、無毒、無定形，是一種白色、無毒、無定形微細(xì)粉狀無機(jī)硅化合物，具有多孔性、高分散性、質(zhì)輕、微細(xì)粉狀無機(jī)硅化合物，具有多孔性、高分散性、質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、不燃燒、電絕緣性好等優(yōu)異性能化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高

9、溫、不燃燒、電絕緣性好等優(yōu)異性能。密度為。密度為2.3192.653g/cm3，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為1750。n14.5.1沉淀法白炭黑沉淀法白炭黑n沉淀法白炭黑又稱沉淀法水合二氧化硅，為白色無定形粉沉淀法白炭黑又稱沉淀法水合二氧化硅，為白色無定形粉狀物質(zhì)，質(zhì)輕而松散，無毒、無味、無臭，不溶于水和酸狀物質(zhì)，質(zhì)輕而松散，無毒、無味、無臭，不溶于水和酸，溶于氫氧化鈉及氫氟酸。高溫不分解，電絕緣性高，有，溶于氫氧化鈉及氫氟酸。高溫不分解，電絕緣性高，有吸濕性，對其他化學(xué)藥品穩(wěn)定，耐高溫，不燃燒。吸濕性，對其他化學(xué)藥品穩(wěn)定，耐高溫，不燃燒。n平均粒徑為平均粒徑為11110nm，比表面積，比表面積35380m

10、2/g，加熱減量，加熱減量4.0%8.0%，灼燒減量約，灼燒減量約6%，pH值值58，表觀密度，表觀密度250kg/m3，并有很好的電絕緣性。，并有很好的電絕緣性。n沉淀法白炭黑生產(chǎn)工藝沉淀法白炭黑生產(chǎn)工藝n沉淀法白炭黑所用原料水玻璃又名泡花堿，無色、青綠色沉淀法白炭黑所用原料水玻璃又名泡花堿，無色、青綠色或棕色的固體或粘稠液體，或棕色的固體或粘稠液體，是由碎石是由碎石(石英砂石英砂)、純堿、純堿(或土或土堿堿)在熔化窯爐中共熔、冷卻、粉碎制得，其燃料為煤、天在熔化窯爐中共熔、冷卻、粉碎制得，其燃料為煤、天然氣或煤氣。反應(yīng)式為：然氣或煤氣。反應(yīng)式為：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2

11、n通常所使用的是干法生產(chǎn)固體水玻璃，再經(jīng)溶解轉(zhuǎn)變成所通常所使用的是干法生產(chǎn)固體水玻璃，再經(jīng)溶解轉(zhuǎn)變成所需規(guī)格的液體水玻璃，其轉(zhuǎn)換率為需規(guī)格的液體水玻璃，其轉(zhuǎn)換率為1:2.5。n石英砂石英砂+純堿純堿煅燒煅燒水淬水淬固體水玻璃固體水玻璃溶化溶化液體水玻液體水玻璃璃n沉淀法白炭黑生產(chǎn)工藝沉淀法白炭黑生產(chǎn)工藝n沉淀法就是將水玻璃與硫酸或鹽酸作用，生成硅酸，再分沉淀法就是將水玻璃與硫酸或鹽酸作用，生成硅酸，再分解而制得白炭黑。解而制得白炭黑。n沉淀法生產(chǎn)的白炭黑屬于含水二氧化硅，含沉淀法生產(chǎn)的白炭黑屬于含水二氧化硅，含SiO2 90%左右左右，市場需求量大，主要用于作橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料。，市場需求量大，主要

12、用于作橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料。n14.5.2 氣相法白炭黑氣相法白炭黑n氣相法白炭黑的分子式為氣相法白炭黑的分子式為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，其表面有硅烷醇基團(tuán)醇基團(tuán)(SiOH)，而，而Si-O-Si鍵處于顆粒內(nèi)部，其結(jié)構(gòu)式如圖鍵處于顆粒內(nèi)部，其結(jié)構(gòu)式如圖15.1所示。所示。圖2.15 氣相法白炭黑結(jié)構(gòu)n氣相法白炭黑是白色無定形粉狀物質(zhì)，質(zhì)輕而松散。不溶于水及酸，溶于氫氧化鈉及氫氟酸，高溫不分解，電絕緣性高，有吸濕性，對其他化學(xué)藥品穩(wěn)定，耐高溫，不燃燒。平均粒徑340nm，比表面積50500m2

13、/g，表觀密度：標(biāo)準(zhǔn)品50kg/m3，密實(shí)品120kg/m3，pH值3.64.3，加熱減量1.5%，灼燒減量2.0%，45m篩余物0.05%。n氣相白炭黑是四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空氣和氫氣混氣相白炭黑是四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空氣和氫氣混合氣流中經(jīng)高溫水解生成的一種無定形粉末。合氣流中經(jīng)高溫水解生成的一種無定形粉末。n化學(xué)反應(yīng)方程如下：化學(xué)反應(yīng)方程如下：2H2+O2+SiCl4SiO2+4HCl 圖圖14.2 氣相法制備白炭黑工藝流程圖氣相法制備白炭黑工藝流程圖n該方法優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品純度極高，分散度高，粒子細(xì)而成球形，表面羥基少，因而具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)性能。但所用原料貴，設(shè)備要求高，技術(shù)復(fù)雜，因

14、此，只有對白炭黑有特殊用途要求情況下，才使用該方法。n所得產(chǎn)品往往是球形顆粒，表面帶有羥基和吸附水，粒徑在740nm之間，比表面積大，化學(xué)純度高，SiO299.8%n廣泛應(yīng)用于硅橡膠、油漆涂料、油墨和復(fù)印機(jī)墨粉、粘膠劑、電纜料與不飽和聚酯樹脂、植物保護(hù)、食品和化妝品，可起到補(bǔ)強(qiáng)、增稠、抗結(jié)塊、控制體系流變和觸變等作用。n14.5.3 其他白炭黑生產(chǎn)工藝其他白炭黑生產(chǎn)工藝n 非金屬礦法n用非金屬礦制取白炭黑所用原料有硅藻土、蛋白土、蛇紋石、膨潤土、高嶺土、硅灰石、海泡石、凹凸棒石等。利用非金屬礦制取白炭黑，在技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)效益很好，為非金屬礦的深加工和綜合利用提供了一條新路。用粘土礦物煅燒轉(zhuǎn)化

15、也可制備白炭黑。由非金屬礦先制取水玻璃，再由水玻璃制取白炭黑的技術(shù)仍是沉淀法。n 禾本科植物法n以稻殼、谷殼灰為原料制取白炭黑。用該法生產(chǎn)的白炭黑介于沉淀法和氣相法中間。它的成本不但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氣相法，而且也低于沉淀法；它的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沉淀法，接近氣相法。如以稻殼、谷殼灰為原料，經(jīng)堿浸后得水玻璃，水玻璃與酸反應(yīng)得沉淀物，經(jīng)過濾、水洗、干燥得白炭黑，此技術(shù)也是沉淀法。宜賓五糧液集團(tuán)精細(xì)化工有限公司是國內(nèi)唯一一家用植物生產(chǎn)白炭黑的廠家，年產(chǎn)白炭黑4000t。n14.5.4 白炭黑的應(yīng)用白炭黑的應(yīng)用n(1) 硅橡膠。氣相白炭黑大量應(yīng)用于室溫硫化硅橡膠和高溫硫化硅橡膠。n (2) 油漆和涂料。在液態(tài)涂料和油漆中，氣相白炭黑兼有流變助劑、防沉劑、助分散劑、消光劑的功能。 n(3) 塑料和不飽和聚酯樹脂。在塑料的混煉中加入少量的氣相白炭黑，就會產(chǎn)生明顯的補(bǔ)強(qiáng)作用，大大提高材料的硬度和機(jī)械性能。在不飽和聚酯樹脂中加入少量的氣相白炭黑可以賦予樹脂極佳的透明度和優(yōu)異的物理性能。n(4) 在農(nóng)藥、藥品和化妝品中的應(yīng)用n活性白炭黑具有很大的內(nèi)、外比表面積，因此是理想的農(nóng)藥載體。白炭黑用作各種農(nóng)藥的乳液分散劑、顆粒劑時，能大量吸收殺蟲劑