|
| |
| 葉蠟石的應用現狀及研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2016-11-14 13:00:34 瀏覽次數： |
|
| |
葉蠟石主要是由酸性火山凝灰巖經(jīng)熱液蝕變而成。世界葉蠟石資源約有3億t。葉蠟石是我國印章類(lèi)雕刻石以及裝飾品的原料，也是我國具有資源優(yōu)勢的重要工業(yè)礦物。我國葉蠟石儲量居世界第三，僅次于日本和韓國，主要分布在：北京門(mén)頭溝、浙江的青田、福建閩候、福建福州峨嵋、廣東臺山和內蒙赤峰等地。近幾年來(lái)我國在焦作地區太原組層狀硅質(zhì)巖中新發(fā)現了葉蠟石礦物。
葉蠟石具有熔點(diǎn)高，在高溫下不收縮，化學(xué)性能穩定，無(wú)毒，耐腐，在水中無(wú)膨脹性和可塑性，良好的耐熱隔熱性、電絕緣性、傳壓性、機械加工性和密封性，具有低燒結溫度、低膨脹系數、低電傳導性等特點(diǎn)，是一種重要的電子、光學(xué)和結構材料，被廣泛應用于冶金、建材、石油、化工、輕工等領(lǐng)域。
1、耐火材料
?。?）不定形耐火材料
不定形耐火材料是一種不經(jīng)燒成而直接使用的耐火材料，往往在使用過(guò)程中由于高溫產(chǎn)生的燒結收縮或材料中其他原料引起的收縮而導致不定形耐火材料出現裂縫和剝落，縮短了材料的使用壽命。因此，常常將在一定溫度下可產(chǎn)生體積膨脹的葉蠟石引入到不定形耐火材料中，改善材料的性能，延長(cháng)材料的使用壽命。
夏欣鵬等采用由高嶺土和葉蠟石為主要物相組成的高嶺土制備炮泥，含有葉蠟石相的高嶺土的純度更高，粒度更細，且其片狀晶層解理完整。在同樣的條件下，含有葉蠟石相的高嶺土賦予炮泥更好的可塑性，并提高了炮泥的燒結強度。
此外，將葉蠟石分別引入到焦寶石基可塑料、輕質(zhì)絕熱耐火材料中，實(shí)驗證明葉蠟石均對這些不定形耐火材料的體積穩定性起到重要作用，制備出性能優(yōu)良的材料，并且已得到實(shí)際應用，效果良好。
（2）定形耐火材料
葉蠟石還可添加到定形的耐火磚中，使耐火磚在使用過(guò)程中具有良好的體積穩定性。
孫華云等以高鋁礬土為主要原料，以“三石”礦物和葉蠟石為膨脹劑，研制出不含碳的新型鋼包襯磚—微膨脹高鋁磚。結果表明：葉蠟石的引入，形成了富SiO2的莫來(lái)石相，在使用中形成二次莫來(lái)石化，產(chǎn)生的體積膨脹抵消了材料的收縮，提高了材料的體積穩定性。研制的該微膨脹高鋁磚在實(shí)際使用過(guò)程中，由于產(chǎn)生微膨脹，可對磚縫進(jìn)行擠壓，使整個(gè)鋼包內襯具有非常好的整體性，提高了高鋁磚的抗渣侵蝕性，延長(cháng)了鋼包的使用壽命。
生產(chǎn)焦炭用的焦爐中，涼焦臺襯磚多使用缸磚，但缸磚價(jià)格昂貴。栗正紅以黏土熟料、結合黏土和葉蠟石為原料，以亞硫酸紙漿廢液為結合劑，研制出一種焦爐涼焦臺用黏土-葉蠟石磚。該磚價(jià)格較低，降低了生產(chǎn)成本。從使用效果來(lái)看，研制的黏土-葉蠟石磚在涼焦臺上使用壽命已經(jīng)超過(guò)7年，處理焦炭超過(guò)200萬(wàn)t，涼焦臺表面仍然完好。該黏土-葉蠟石磚可取代缸磚來(lái)砌筑涼焦臺。
2、陶瓷領(lǐng)域
葉蠟石作為高鋁硅酸鹽粘土礦物是很好的陶瓷原料，在陶瓷方面有廣泛的應用，主要用于建筑陶瓷、衛生陶瓷、拋光磚、釉面磚、墻地磚等傳統陶瓷以及介電陶瓷等功能陶瓷。
?。?）建筑衛生陶瓷
葉蠟石是制作建筑衛生陶瓷的優(yōu)質(zhì)原料，以葉蠟石為主要原料生產(chǎn)的建筑衛生陶瓷具有抗熱震性好，性能穩定等優(yōu)點(diǎn)。目前，一些高檔次的釉面磚、衛生潔具及瓷質(zhì)磚廣泛使用葉蠟石作為原料。王曉蘭等以葉蠟石為主要原料，制備出性能優(yōu)良的衛生陶瓷、瓷質(zhì)磚和釉面磚，配方組成分別如下：（1）釉面磚：葉蠟石50%、黑泥15%、千陽(yáng)土15%、長(cháng)石5%、石英15%；（2）瓷質(zhì)磚：葉蠟石21%、黑泥15%、鉀長(cháng)石20%、石英22%、鋰瓷石10%、燒高嶺土12%；（3）衛生陶瓷：葉蠟石30%、黑泥22%、鉀長(cháng)石15%、石英20%、博愛(ài)土13%。通過(guò)對樣品的測試表明：由于葉蠟石熱膨脹低，對琉璃瓦、陶瓷磚和衛生潔具可實(shí)現快速燒成，產(chǎn)品收縮小，強度高。
尤少波以高嶺土、長(cháng)石、葉蠟石、石英和緞燒滑石為原料，生產(chǎn)出性能優(yōu)良的日用陶瓷。
葉蠟石中Fe2O3、TiO2含量較少，易于制作高檔日用細瓷；同時(shí)葉蠟石中SiO2、Al2O3含量較多，可取代部分高嶺土和石英，降低生產(chǎn)成本。由此看出，將葉蠟石引入到日用陶瓷中，既可充分利用資源制備出性能優(yōu)良的產(chǎn)品，又降低了生產(chǎn)成本。
?。?）介電陶瓷
介電陶瓷具有介電損耗低、機械強度好等特點(diǎn)，是一種電性能優(yōu)良的高頻裝置絕緣瓷，被廣泛應用于計算機、通訊、電子信息等高技術(shù)領(lǐng)域。葉蠟石具有絕緣性能，可作為制備介電陶瓷的原料。
孫乙庭和張培萍等以經(jīng)提純處理后的天然葉蠟石為原料，以BaCO3、MgO和SiC為助劑，采用高溫燒結法制備出介電陶瓷。結果表明：天然葉蠟石經(jīng)除鐵處理后，可以降低陶瓷的介電常數和介質(zhì)損耗，提高陶瓷的介電性能。
?。?）耐酸陶瓷
耐酸陶瓷是一種使用范圍極其廣泛的粘土質(zhì)半瓷化材料，對所有無(wú)機酸和有機酸介質(zhì)具有耐腐蝕、耐磨、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于石油、化工、制藥、食品、造紙等領(lǐng)域。
王守平等以葉蠟石、尾礦廢料、粘土和長(cháng)石精礦為原料，制備出耐酸陶瓷，結果表明：莫來(lái)石的強烈晶化和玻璃相的形成可顯著(zhù)提高陶瓷的化學(xué)穩定性。
?。?）陶瓷磨具
陶瓷磨具具有強度高、硬度高、防潮、耐磨、耐污、耐腐蝕、耐高溫、易清洗、變形小、絕緣性好，具有一定的抗熱震性等性能，結合劑主要采用粘土、長(cháng)石。
王改民等以葉蠟石和白云石代替部分粘土作為結合劑，葉蠟石含有較少的結晶水，加熱過(guò)程中脫水緩慢，硬度低，質(zhì)軟而富于脂肪感，膨脹系數小，利用葉蠟石這些性能可以改善陶瓷磨具的性能。結果表明：隨著(zhù)葉蠟石和白云石加入量的增多，結合劑的耐火度逐漸降低，密度略有增加，抗折強度逐漸增加，抗沖擊強度逐漸增加，平均熱膨脹系數減小。葉蠟石和白云石的引入還可在一定溫度范圍內防止碳化硅磨具出現黑心現象，拓寬了碳化硅磨具的燒結溫度適應范圍。
3、傳壓密封介質(zhì)
葉蠟石由于具有良好的傳壓性、耐熱保溫性、密封性、機械加工性和絕緣性等特點(diǎn)而被廣泛用于人造金剛石、立方氮化硼等高壓合成行業(yè)中的傳壓密封介質(zhì)。
葉蠟石傳壓密封材料的性能主要取決于葉蠟石礦石的礦物組成。陳天虎等對合成金剛石生產(chǎn)中葉蠟石傳壓密封材料的礦物學(xué)進(jìn)行了研究。結果表明：葉蠟石礦石中的雜質(zhì)礦物主要是一水硬鋁石、明礬石、高嶺石、長(cháng)石、綠泥石、絹云母、赤鐵礦、石英、鈦鐵礦、褐鐵礦、金紅石等。具有層狀結構的礦物一水硬鋁石、高嶺石、絹云母、綠泥石等總量不超過(guò)10%時(shí)，不會(huì )影響制品的傳壓性能。長(cháng)石、石英等含量應控制在小于5%。明礬石則是有害組分。非常純凈的葉蠟石礦石制成的傳壓密封材料傳壓性能良好，但內摩擦系數小，密封性能差，少量的赤鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦、金紅石礦物的存在可以提高密封性能。褐紅色、褐黃色、灰黃色葉蠟石礦石制成的材料傳壓密封性能要比灰白色、白色葉蠟石的好。
4、玻璃纖維
玻璃纖維主要是以葉蠟石、石英砂和石灰石等為原料，其中葉蠟石含量占50%以上，經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò )紗、織布等工藝制成的性能優(yōu)良的無(wú)機非金屬材料，具有絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好、機械強度高等優(yōu)點(diǎn)，其單絲的直徑為幾個(gè)微米到二十幾個(gè)微米，可分為E玻璃纖維、S玻璃纖維、C玻璃纖維和A玻璃纖維。一般使用Al2O3為18%-22%左右的中鋁葉蠟石作為生產(chǎn)玻纖的原料，葉蠟石中Al2O3含量過(guò)高或過(guò)低都會(huì )對生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響。
葉蠟石除了可以作為生產(chǎn)無(wú)堿玻璃球和中堿玻璃球的主要原料外，還可將其與石英熔煉拉成玻璃纖維制成玻璃鋼，或制成耐酸、堿及高溫的玻璃布，是一種新型貼墻材料。
5、橡膠領(lǐng)域
橡膠使用的傳統補強劑是炭黑和白炭黑，炭黑一般應用于黑色橡膠制品，白炭黑一般應用于淺色橡膠制品。研究表明，使用葉蠟石作為橡膠的補強劑，也起到改善橡膠加工性能和物理性能的作用。
楊林泰等研究了改性葉蠟石對NR膠料性能的影響，并與高耐磨炭黑進(jìn)行了對比。結果表明：改性葉蠟石具有加速硫化、增強交聯(lián)的效果；改性劑能夠提高葉蠟石與NR膠之間的界面作用，因此，改性葉蠟石硫化膠的邵爾A型硬度、定伸應力、拉伸強度、撕裂強度和回彈值均增大，阿克隆磨耗量減小，耐熱氧老化性能提高。為此采用改性葉蠟石與炭黑并用補強體系，既可減低生產(chǎn)成本、改善膠料的加工性能，又能獲得綜合性能優(yōu)良的膠料。
6、吸附劑領(lǐng)域
由于葉蠟石價(jià)格低廉，且具有吸附土的結構特性，國外已將其作為吸附劑而廣泛使用。葉蠟石層狀結構相鄰兩晶層之間僅以范德華力連接，結構易于沿層破壞，陰、陽(yáng)離子可以進(jìn)入層間，因此葉蠟石具有天然的吸附活性。
姚文君等采用濕法活化工藝選擇不同類(lèi)型的有機活化劑對葉蠟石粉體進(jìn)行了活化處理，并進(jìn)行了對水中極性有機物對苯二酚的吸附實(shí)驗。結果表明：有機活化處理后的葉蠟石能明顯提高對對苯二酚的吸附能力，可使水溶液中對苯二酚的去除率從26.8%提高到83.1%。
7、原料合成
葉蠟石也可作為合成莫來(lái)石的原料，在合成莫來(lái)石時(shí)，不僅能提供SiO2和Al2O3成分，而且在高溫煅燒時(shí)產(chǎn)生的膨脹可以抵消坯體產(chǎn)生的收縮，從而避免坯體開(kāi)裂。
薛群虎等以葉蠟石和滑石為主要原料，合成出堇青石。結果表明：采用結構水含量低，燒失量小，煅燒后體積變化小的葉蠟石、滑石原料能夠合成出結構致密，氣孔率低，強度高，主晶相含量>90%的堇青石。
于景坤等以葉蠟石和天然石墨為原料，在A(yíng)r氣氛下通過(guò)碳熱還原法原位合成出莫來(lái)石-碳化硅復合材料。結果表明：合成莫來(lái)石-碳化硅的最佳溫度為1550℃，原位合成的SiC多為球狀，顆粒粒徑為1μm左右，均勻地分布于莫來(lái)石相中。合成的莫來(lái)石-碳化硅復合材料的韌性、抗壓強度和抗渣侵蝕性能明顯優(yōu)于單一莫來(lái)石材料。
程偉用熱活化葉蠟石制備出多孔氧化鋁材料，制備的多孔氧化鋁的平均孔徑為20-21nm，材料由層片狀結構堆垛而成，表面凹凸不平，層與層間、顆粒與顆粒間存在大量的縫隙和孔洞。
8、PVC人造革
李靜等以葉蠟石粉料作為功能填充型補強劑用于PVC人造革。結果表明：具有片狀結構的葉蠟石增加了與PVC樹(shù)脂的接觸面積，因此具有較好的補強作用。當葉蠟石加入量為15份時(shí)，耐磨改性效果超過(guò)氣相二氧化硅。與活性輕質(zhì)碳酸鈣相比，葉蠟石對PVC人造革的抗撕裂改性效果更好。因此，葉蠟石可取代普通填料應用于PVC人造革。
9、阻燃劑
汪關(guān)才等結合葉蠟石與無(wú)機膨脹型阻燃劑的優(yōu)勢，將兩者復配用于UPR的阻燃。結果表明：UPR阻燃復合材料的綜合性能較好，燃燒時(shí)可形成致密的膨脹型炭層，起到隔氣、隔質(zhì)的作用，氧指數高達36.4，滿(mǎn)足國家對B1級電器類(lèi)熱固性塑料的使用要求。
10、微晶玻璃
Mandal等以葉蠟石和工業(yè)廢棄物高爐礦渣為主要原料，制備出超低和負膨脹微晶玻璃。結果表明：葉蠟石的引入降低了玻璃的熔化溫度和熔體粘度，并導致微晶玻璃相的形成。制得的微晶玻璃的熱膨脹系數為-9×10-7/℃~-2×10-7/℃，且根據產(chǎn)物的不同，材料的抗彎強度可達120MPa-200MPa。以該法制備的微晶玻璃，原料使用的是工業(yè)廢棄物并且熔化溫度較低，因此產(chǎn)品的成本較低。
11、其他
此外，由于葉蠟石的一些物理性質(zhì)與滑石相近，因此葉蠟石可替代滑石作為造紙、油漆、塑料、化妝品及其他產(chǎn)品的填料。葉蠟石還可用作各種農藥和殺蟲(chóng)劑載體；作為糖果和醫藥的填料；用于生產(chǎn)自水泥和屋面防水材料；被直接加工成電氣絕緣零件和高絕緣器件；作為其他工業(yè)的防粘隔離劑；作為鉛筆芯的填加劑；用于電纜能防止瀝青粘連；用作潤滑油添加劑；用于做假寶石，雕刻各種工藝美術(shù)品；作為生產(chǎn)洗滌劑和分子篩的原料。
12、葉蠟石在利用中存在的問(wèn)題
我國是世界上葉蠟石礦物原料資源富足的國家，但在開(kāi)發(fā)利用上仍存在一定的不足。
?。?）資源浪費嚴重
由于對礦石的指標提得過(guò)高，導致本來(lái)可以應用的礦石無(wú)法使用。對此，可加強對葉蠟石提純的研究，同時(shí)也對制備高檔制品具有現實(shí)意義。
?。?）附加值低
我國出口的葉蠟石礦產(chǎn)還是以原礦為主，由于理念、技術(shù)等原因，沒(méi)能體現出良好的產(chǎn)品附加值。
13、建議
?。?）合理開(kāi)發(fā)，重視礦產(chǎn)綜合利用與保護；
?。?）對我國現有的葉蠟石資源進(jìn)行全面詳細的礦物學(xué)研究，為葉蠟石資源合理利用創(chuàng )造條件；
?。?）目前，葉蠟石的應用領(lǐng)域在國內主要集中在耐火材料、陶瓷、傳壓密封介質(zhì)、玻璃纖維等的制備上，其他方面的應用量還相當有限。葉蠟石替代工業(yè)中應用的高嶺土、滑石已逐漸成為發(fā)展趨勢，因此，應繼續推廣葉蠟石的應用領(lǐng)域；
?。?）通過(guò)觀(guān)念轉變、技術(shù)創(chuàng )新，提高葉蠟石礦物的產(chǎn)品附加值；
?。?）如果能在保證不破壞葉蠟石晶體結構的前提下，將葉蠟石進(jìn)行納米化，則可表現出表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀(guān)量子隧道效應等特點(diǎn)，納米葉蠟石產(chǎn)品也將表現出意想不到的性能，葉蠟石的應用也將隨之拓寬到更廣闊的應用領(lǐng)域，同時(shí)也為復合材料的研究增添了新的內容。
目前，有關(guān)葉蠟石微細化的工作雖然取得了一些成果，但理論尚未成熟，今后面臨的更大挑戰是如何將納米化葉蠟石工業(yè)化生產(chǎn)，含有納米單元相的復合材料也都是以實(shí)際應用為目的，這也是納米材料工程的重要組成部分，也正成為當前納米材料發(fā)展的新方向。
更多精彩，歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信：粉體技術(shù)網(wǎng)
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
