硅是地殼中第二大蘊藏量的元素,占28.2%,它的氧化物二氧化硅在自然界中極為豐富。石英是常見的也是最廣泛開采的一種非金屬礦物。二氧化硅具有三種晶體結構:石英、鱗石英和方石英;具有三種隱晶式結構“黑硅石、燧石和玉髓,(雜色玉髓叫瑪瑙);其水合形式為蛋白石。SiO2有多種晶型,在陶瓷中最重要的是加熱時的變化情況,因石英在加熱過程中晶型轉化。SiO2是陶瓷、玻璃和搪瓷的主要成分。石英是陶瓷、玻璃和搪瓷的一種主要基本原料。脈石英、石英巖(硅石)用于陶瓷坯、釉料;熔融石英用作陶瓷窯具;燧石、玉髓用作硅磨材料和球磨機內襯等;蛋白石、硅藻土作多孔陶瓷原料使用。粉石英被使用于陶瓷,已引起陶瓷科技工作者的重視。萍鄉南坑妙泉出產的以天然粉石英經淘洗篩選精制的石英粉是一種價廉優質的陶瓷坯、釉用原料。硅石和硅砂。硅砂又叫石英砂、玻璃砂,用于玻璃和搪瓷工業。熔融石英和晶體石英用于電子陶瓷工業。二氧化硅與其他氧化物結合,組成了被稱為硅酸鹽的大類礦物;傳統陶瓷和許多新開發的材料中所使用的原料及最終產品,大多數由硅酸鹽組成。
1、萍鄉粉石英
1.1 萍鄉粉石英,為天然風化的粉石英礦床,是灰巖經過長期交代、水解作用形成硅質巖經風化而成。賦存在當地侵蝕基準面以上,水文條件簡單。礦體堆積致密,表層厚薄不一,覆蓋嚴密。原礦污染少,自然度高,品質好、燒失量少。原礦粉石英外觀呈白、灰白、黃白色疏松粉狀,用手捻之即成粉末,偏光顯微鏡下觀之,多呈無色透明,棱角略有磨損。掃描電子顯微鏡下放大320倍后觀之,呈多角形顆粒,具有較平直的棱,表現略顯凹形。粉石英自然白度72°,煅燒后白度尚可增加,無粘性和可塑性。原礦粉石英粒度不一。其中:10—30μm顆粘占有很大比重,250目占80%左右。但也有少量塊狀礦石在20~50mm以上,大塊的呈蜂窩狀,易粉碎。礦體綿延7Km,是理想的群采露天礦。南京大學地質系等單位對萍鄉粉石英進行了勘探和研究,已探明工業儲量在1500萬噸以上,屬大型礦床,居全國粉石礦首位。
萍鄉南坑妙泉粉石英礦,位于淅贛鐵路以南,屬萍鄉南坑鎮境內與319和320國道相鄰。距萍鄉市33Km,汽車直達,運輸方便。
1.2 萍鄉粉石英礦試產于20世紀80年代初期,經過10余年的發展,現年產精制石英粉1萬噸以上。銷售10余個省,供數百家陶瓷廠和釉料廠生產坯釉用原料。
1.3開采與精制工藝
(1)露天開采
(2)工藝流程精制:將開采出來的疏松、粒度不一的粉狀原礦運至加工場地(小溪旁邊或有水源的地方),用電動水泵抽水沖洗篩選(即淘洗篩選)原礦。即先用清水沖洗露天貯存的礦石粉,然后將礦石粉過篩后流入沉淀池中,在池內加入一定量的水玻璃,使混雜的表土充分懸浮,經過一段時間后將懸浮的泥漿水放掉,經過多次過篩,多次懸浮沉淀,然后脫水干燥、包裝。這種濕法加工方法,流程簡單,最大的優點是使有害組分Fe2O3以及MgO、Al2O3等雜質含量大大降低,從而進一步提高產品的質量。
(3)萍鄉南坑妙泉出產精制的天然石英粉,產品細度好,粒度均勻,主要粒級集中在10~20μm和20~50μm之間,其中小于320目/英寸的顆粒(<50μm)占98%以上。粒度分析結果見表1。
表1
粒級范圍 2~5μm 5~10μm 10~20μm 20~50μm 50~76μm
百分含量 3.8 10.1 58.4 26.5 1.3
成分穩定。萍鄉南坑精制的天然石英粉礦物成分經偏光顯微鏡、X射線衍射分析、紅外吸收光譜分析都證實,其主要礦物成分為微晶石英(α—石英)。
化學成分,分析結果見表2。為了便于同其他各地優質粉石英進行對比,表中還列入美國的塞內卡和伊利諾斯產的粉石英化學成分數據。通過對比,可以看出,萍鄉粉石英不僅成分很純,SiO2達99.65%,有害雜質組分(Fe2O3、TiO2)也相當低,在0.03%以下,說明萍鄉粉石英礦質量屬上乘。
萍鄉南坑出產的精制天然石英粉,色澤均勻,品位高,包裝質量符合內貿與出口要求。
2 應用研究
2.1 石英(SiO2)在陶瓷中的作用
(1)石英可調劑坯坭的可塑性和結合性。并能在干燥時降低收縮,縮短干燥時間,減少坯體變形。
(2)石英在燒成中,它的膨脹適當地抵消坯體燒成收縮;在高溫時,一部分與Al2O3反應生成莫來石晶體和余下的游離石英,構成瓷胎骨架,提高制品的機械強度和化學穩定性;另一部分溶解于長石玻璃中,增加液相的粘度,增強坯體抵抗變形能力。并填充于坯體骨架之間,使瓷質致密,白度和透光度增加。
(3)SiO2作為主要的也是唯一的酸根(RO2團)用于所有的釉中。
(4)它在釉中是玻璃質的生成體,賦予釉的良好理化性能(耐化學侵蝕性、耐磨性、機械強度、硬度、白度、光澤度、抗熱震性等)。
2.2 石英的使用技術要求
按照國家(原輕工業部)QB901—82日用陶瓷石英、石英砂標準要求。使用它們的重要條件是其純度、特別是鐵、鈦含量,另一方面是晶型轉化情況,主要是顆粒度和顆粒形狀決定。
2.3 粉石英的應用研究
長期以來,陶瓷工業采用脈石英和石英巖(硅石)為SiO2基料,應用于坯、釉料中。在經典著作和教材、手冊中,還沒有粉石英這個詞匯以及粉石英的應用問題。
(1)在日用陶瓷坯、釉中的應用研究。(80年代中期)本試驗坯、釉配方系某出口瓷廠生產配方,按大生產的原料配比不變,只選用萍鄉粉石英代替大生產中原來使用內蒙古與平江產的脈石英和石英巖,其他原料不變,進行試驗和生產。
(2)在以鈉代鉀研制日用瓷中的應用,筆者在該項課題探索中使用的石英完全是萍鄉南坑精制的粉石英。在強化瓷中的應用研究和微波爐用瓷中的應用研究見《中國陶瓷》1992年第6期和1993年第6期。
萍鄉粉石英,相當于純石英,因含鐵、鈦陶瓷有害雜質少,細度符合生產工藝要求,不需煅燒和易于制備等特點,引起陶瓷工業的重視。現已廣泛用于建筑陶瓷、衛生陶瓷和日用陶瓷工業以及電瓷工業,并獲得較好的經濟效益和社會效益。
3、結語
(1)尾礦含SiO2仍在99%以上,Fe2O30.1%左右,主要是顆粒粗些。這種粗顆粒石英再加工粉碎、篩選、分級用玻璃砂用于玻離工業。可成為無尾礦的礦。
(2)實踐證明粉石英應用于陶瓷工業,各種性能不僅能滿足工藝質量上的要求,而且還優于脈石英和石英巖。
(3)據文獻報道,我國粉石英礦藏資源較豐富,主要分布于江西、湖南、浙江和廣東等省。
(4)關于粉石英的研究報道不多。經典著作和教材及手冊尚缺乏它的有關資料。
(5)萍鄉粉石英在陶瓷工業中的應用研究“成果”已入選《中國科學技術文庫·化學工程》、(陶瓷工程)763面、科學技術文獻出版社、1997和《中國建設科技文庫》(建筑材料卷·陶瓷)859面、中國建材工業出版社,1998
(5)實踐證明,深入研究、探討、擴大粉石英的應用,不僅為陶瓷工業提供一個新型的原料基地;同時也給礦區人們開辟了致富之路。