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长石工艺特性及用途

一.工艺特性及主要用途

1.工艺特征
  长石的熔点在1100—1300℃之间,化学稳定性好,在与石英及铝硅酸盐共熔时有助熔作用,常被用于制造玻璃及陶瓷坯釉的助熔剂,并可降低烧成温度,在搪瓷原料工业上用长石和其他矿物原料可配制珐琅。此外,长石还可用于磨料工业。蓝绿色的微斜长石,即天河石含Rb、Cs,可作为工艺矿石及综合回收Rb、Cs的原料。透明长——月光石可作宝石原料。
2.主要用途

  长石矿物除了作为玻璃工业原料外(约占总用量的50—60%),在陶瓷工业中的用量占30%,其余用于化工、磨料磨具、玻璃纤维、电焊条等其它行业。
  (1) 玻璃熔剂:长石是玻璃混合料的主要成份之一。长石含Al2O3高,铁质含量低,且比氧化铝易熔,不但熔融温度低而且熔融范围宽,主要用来提高玻璃配料中的氧化铝含量,降低玻璃生产中的熔融温度和增加碱含量,以减少碱的用量。此外,长石熔融后变成玻璃的过程比较缓慢,结晶能力小,可以防止在玻璃形成过程中析出晶体而破坏制品。长石还可以用来调节玻璃的粘性。一般各种玻璃混合料用钾长石或钠长石。
  (2) 陶瓷坯体配料:在烧成前长石能起瘠性原料的作用,减少坯体的干燥收缩和变形,改善干燥性能,缩短干燥时间。在烧成时可作为熔剂降低烧成温度,促使石英和高岭土熔融,并在液相中互相扩散渗透而加速莫来石的形成。熔融中生成的长石玻璃体充填于坯体的莫来石晶粒之间,使坯体致密而减少空隙,从而提高其机械强度和介电性能。此外长石玻璃的生成还能提高坯体的透光性。长石在陶瓷坯体中的掺入量随原料不同、产品的要求不同而异。
  (3) 陶瓷釉料:陶瓷釉料主要由长石、石英和粘土原料配成,其中长石含量可达10—35%。在陶瓷工业中(坯料和釉料)主要是用钾长石。
  (4) 搪瓷原料:主要用长石和其它矿物原料掺配成法琅。长石的掺入量通常为20—30%。
  (5) 磨料:在制作磨轮时常用长石作陶质胶结物成份,其含量为28—45%。
  (6) 其他:钾长石可作为提取钾肥的原料。
  长石的主要用途列于下表:

长石的主要用途

应用领域

主要用途

质量要求

玻璃及玻璃制品

碱长石作为平板玻璃及各种玻璃制品的原料,可降低玻璃熔化温度,节约纯碱。钠长石作为玻璃纤维原料,可改善其质量及取代叶腊石等。

Al2O3 > 15%

Fe2O3 < 0.6%

K2O +Na2O > 10 %

陶瓷

是生产各种陶瓷、搪瓷、电瓷的坯料(配入20—40%)和釉料(配入20—70%)的主要原料。

Fe2O3 < 0.3—1.0%

水泥

是生产白水泥的原料之一

 

化工

化学工业上,磨碎的长石适于作乳胶,涂料和氨基甲酸乙酯、丙烯类物质的填充料。

作填料时,可含较多的游离石英;作皮肤化妆粉,要求2—8μm碱长石

磨料

粉状长石可用于磨具磨料工业

 

其他方面

长石作为填料在造纸、耐火材料、机械制造、涂料、电焊条等工业生产中都有广泛的应用

 



二.产品质量标

 1. 有用元素及主要伴生元素对原料的影响

  (1) 长石产品质量标准:
  目前,我国长石矿产品还没有制定统一的产品质量标准,工业应用部门主要要求其含铁量低的长石产品。
  (2) 我国长石产品的一般质量要求

我国长石产品的一般质量要求表

  级      别

  化  学  成  份

  含     量  %

 产 品 主 要 用 途

  特      级

      Fe2O3

       < 0.3

作白色釉药用

  1       级

      Fe2O3

       < 0.5

釉药、白坯、平板玻璃用

  2       级

      Fe2O3

       < 0.8

坯料和电瓷用

  3       级

      Fe2O3

       < 1.0

搪瓷用

  (3) 玻璃工业对长石的要求

玻璃工业对长石的要求表

 成  分 %

    SiO2

   Al2O3

   Fe2O3

   Na2O

   K2O

钾  长  石

    ≤70

   ≥18

   ≤0.2

 

 

钠  长  石

  63—70

 16—20

   < 0.3

   ≥8

   ≤1

  (4) 陶瓷工业对钾长石的要求

陶瓷工业对钾长石的要求表

 成  分 %

 K2O+ Na2O

   Na2O

   Fe2O3

   Al2O3

 MgO+CaO

 一  级  品

   ≥11

    < 4

   ≤0.2

    ≥17

    < 2

 二  级  品

   ≥11

 

   ≤0.5

    ≥17

    < 2

   (5) 日用陶瓷中作配料和釉料的长石要求

   K2O+ Na2O >11—15%,K2O :Na2O > 2,Fe2O3 +TiO2 <1%。

  (6) 无线电陶瓷原料对长石的要求 

   SiO2 60—66% ,Al2O3 18—22%,Fe2O3 < 0.1%,TiO2 微量, K2O + Na2O 12.5—16.5%(Na2O<3%),CaO < 0.5% ,MgO < 0.5%,烧失量1%,块度20—150mm,1300 oC 烧结后熔融物无斑点、杂质,呈光亮的玻璃体。

  (7) 电瓷原料对长石的要求

SiO2< 70%,Al2O3 >17%,K2O + Na2O >14%, Fe2O3 < 0.1—0.3%,陶瓷原料多用钾长石。

  (8) 研磨材料对长石的要求

K2O >10%,Na2O < 4%,SiO>60%,Al2O3 >18%,MgO+CaO < 1%,Fe2O3 < 15%,熔点1230 oC—1280 oC 。

  (9) 制钾肥用钾长石的要求

    K2O > 9 %,Na2O < 1—3%,SiO2 < 70%,MgO+CaO < 2%,Al2O3 15%左右。

   2. 国内部分出口长石产品的技术指标

湖南、辽宁出口长石产品技术指标

          品名

项目

湖南

辽宁—1

辽宁—2

钠长石

钾长石

钾长石

K2O,%

>11.5

12—14

13.6

Na2O,%

2.3—2.6

 

SiO2,%

63—66

64.5—65.2

66

Al2O3,%

18—20

17.8—19.3

16

CaO,%

0.3—0.6

0.28—0.45

 

MgO,%

 

0.38—0.64

 

Fe2O3,%

<0.2

0.19—0.3

 

烧失量,%

0.5

0.38—0.5

0.5

块粒度,mm

10—20

1020占95%

 

粉细度,目

100目,200目

 

 

  3. 苏联、比利时玻璃厂对长石的质量要求

苏联、比利时玻璃厂对长石的质量要求

项目

苏联鲍尔斯基玻璃厂

比利时格拉威伯尔玻璃厂

化学成份及含量,%

SiO2

Al2O3

Fe2O3

Na2O

K2O

65±1.5

11.5±0.5

0.2—0.4

7±0.5

 

20.8—19.5

0.2—0.3

>10

≤1

颗粒级配,%

>1.0mm

>0.7mm

<0.12

 

5

≤20

不容许有

 

≤20

湿度,%

≤1

≤0.05

  4.  美国泰和曼公司对长石原料的质量要求

美国泰和曼公司对长石原料的质量要求

项目

含量,%

波动范围,%

SiO2

Na2O

Al2O3

K2O

73.00

7.00

19.00

3.00

±1.00

±1.00

±1.00

±1.00

,

14目筛余(1.4mm)

20目筛余(0.85mm)

30目筛余(0.6mm)

100目筛余(0.15mm)

140目筛余(0.106mm)

 

0.00

1.00

7.00

72.00

20.00

 

 
压花、夹丝和普通平板玻璃用长石原料

项目

含量,%

波动范围,%

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Na2O

K2O

68.00

19.00

0.       0.       00

0.00

0.00

12.00

0.00

 

±1.00

±1.00

±0.10

±2.00

±0.05

±1.00

±1.00

,

14目筛余(1.4mm)

20目筛余(0.85mm)

30目筛余(0.6mm)

100目筛余(0.15mm)

140目筛余(0.106mm)

 

0.00

0.00

10.00

75.00

15.00

±1.00

±1.00

±.050

±1.00

平板玻璃用长石原料

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Na2O+K2O

76.00

14.00

0.60

3.00

1.00

8.00

 

,

14目筛余(1.4mm)

20目筛余(0.85mm)

30目筛余(0.6mm)

100目筛余(0.15mm)

140目筛余(0.106mm)

 

0.00

0.00

10.00

75.00

15.00

 



   5.意大利长石产品的质量标准

意大利长石产品质量标准

化学

成份

C.Maffei&Co.Comp

Italmineraria  Spa.Comp

Eurite Spa.Comp

Soc.Esercizio 

Cave.Feldspato.Comp

Pinzolo矿

钠长石

Dervio矿

钠长石

ViboValentia矿

钠长石

Elb岛矿山(霏细岩)

Tremenicod矿山  伟晶岩

SiO2

70.00—71.00

73.30

71.70

75.84

71.31

Al2O3

17.50—18.50

15.80

16.90

15.92

17.28

Fe2O3

0.22—0.28

0.30

0.10

0.62

0.41

TiO2

0.10

0.12

0.17

0.14

CaO

0.60—0.80

0.60

0.40

1.02

0.85

MgO

0.01—0.05

0.30

0.41

0.18

Na2O

9.28—10.40

6.10

10.20

0.29

5.21

K2O

0.25—0.31

2.50

0.10

3.33

3.78

烧失量

0.70—0.85

0.80

0.30

2.35

0.84

  6.美国北卡罗来纳州长石产品化学组成

美国北卡罗来纳州长石产品化学组成表

产品级别

玻璃级长石

陶瓷级长石

含长石砂子

商品名称

F-20

K-40

NC-4

K-200

FOOTE长石

Kings

Mountain

产地

Spruce

Pine

Kings

Mountain

Spruce

Pine

Kings

Mountain

Kings

Mountain

SiO2

68.00

67.10

68.15

67.10

68.70

79.20

Al2O3

19.00

18.20

18.88

18.30

19.70

12.10

Fe2O3

0.07

0.07

0.07

0.07

0.06

0.06

CaO

1.85

0.36

1.60

0.36

0.52

MgO

K2O

3.75

10.10

4.50

10.10

3.69

2.69

Na2O

7.15

3.80

6.70

3.80

7.91

4.80

Li2O

0.08

0.35

烧失量

0.13

0.26

0.10

0.26

0.25

0.35


  7.美国北卡罗来纳州长石产品的矿物含量

美国北卡罗来纳州长石产品的矿物含量表(%)

产品级别

玻璃级

陶瓷级

含长石的砂子

商品名称

F-20

K-40

NC-4

K-200

FOOTE长石

Kings

Mountain

产地

Spruce

Pine

Kings

Mountain

Spruce

Pine

Kings

Mountain

Kings

Mountain

钾长石

22

60

26

60

22

16

钠长石

61

32

57

32

67

41

钙长石

9

2

8

2

-

2

石英

8

6

9

6

11

41

勒筛

分析

+20目

0.1

-

磨到通过170目,

200目

或325目

磨到通过120目,

170目,

200目,

250目.

0.1

磨到

特殊

规格

+40目

42.0

-

-

+100目

85.50

56.15

35.1

+200目

97.2

90.65

75.1

+325目

-

 

-

容重公斤/米3

1442

1281-1361

-

-

1280

1360-1440

熔锥比(热锥比)

9

-

-

-

-

-

  8.国内部分出口长石产品的技术指标

湖南、辽宁出口长石产品技术指标

           品名

项目

湖南

辽宁—1

辽宁—2

钠长石

钾长石

钾长石

K2O,%

>11.5

12—14

13.6

Na2O,%

2.3—2.6

 

SiO2,%

63—66

64.5—65.2

66

Al2O3,%

18—20

17.8—19.3

16

CaO,%

0.3—0.6

0.28—0.45

 

MgO,%

 

0.38—0.64

 

Fe2O3,%

<0.2

0.19—0.3

 

烧失量,%

0.5

0.38—0.5

0.5

块粒度,mm

10—20

1020占95%

 

粉细度,目

100目,200目

 

 

三.长石矿物综合利用工艺技术

 1.长石矿物的综合利用技术方法及工艺流程
    长石的主要矿床有伟晶岩、风化花岗岩、细晶岩(半风化花岗岩),此外还有长石质陶石、钾质流纹岩、与蛇纹岩伴生的钠长石、霞石闪长岩和白岗岩等。根据长石矿床种类及矿石性质的不同,需要采用不同的选矿方法。一般是在采场手选后进行破碎磨矿,然后彩用磁选除去铁矿物。近年来,随着富长石矿的减少,以及其他矿山综合回收长石技术的发展,引入了重选、电选、浮选等较复杂的分选作业,从而达到除去石英、云母等伴生矿物,取得富含钾、钠的长石精矿,回收优质产品的目的。
根据长石矿的矿石性质,一般采用的选矿原则工艺流程如下:
 (1)伟晶岩中产出的优质长石:手选→破碎→磨矿(或水碾)→分级。
 (2)风化花岗岩中的长石:破碎→磨矿→分级→浮选(除铁、云母)→浮选(石英、长石分离)。
 (3)细晶岩中的长石(一般含云母,有时含铁):破碎→磨矿→筛分→磁选。
 (4)长石质砂矿:水洗脱泥→筛分(或浮选分离石英等)。 2. 开发生产实例

 (1)山东新泰长石矿

  该矿位于山东省新泰县羊流乡的东石棚、西石棚北部,矿床为变质片岩系,原矿主要为钾长石(块状)、另外还含有钠长石、石英、白云母等。

  新泰长石矿因其原矿质量较好,只需在矿山进行手选,或经过破碎、磨矿(水碾)制成粉状,即可达到工业要求。其选矿加工流程如下图:

新泰长石矿产品规格

 

产品

 

规格

化学成份,%

SiO2

Al2O3

Fe2O3

K2O + Na2O

钾长石及钠长石

块状及0.6mm(30目),0.25mm

(60目),0.18 mm(80目),0.125 mm

(120目),长石粉

 

<70

 

>17

 

<0.2

 

>12.5

新泰长石矿主要技术经济指标

项目

单位

指标

矿山生产能力

T/a

20000

长石粉产量

T/a

12000

矿石粒度(原矿)

mm

>20

采矿矿石贫化率

%

20

采矿矿石回收率

%

80

 (2)云南个旧长石矿
  该矿位于云南省个旧市白马寨,矿石中主要矿物除长石外,还含有高岭土(0.9mm)、石英(>1.2mm)、黑云母(<1.2mm)等。
  个旧长石矿于70年代初期建成,干磨干选工艺的花岗岩磁电选矿厂,将长石、石英、云母三种矿物分开,获得长石精矿。                       

个旧长石矿产品规格

 

产品名称

 

规格

化学成份,%

 

主要用途

Al2O3

Fe2O3

K2O + Na2O

长石

高岭土

粉状

原矿

 

≥35

≤0.3

≤0.3

≥10

供云南省玻璃、陶瓷工业

供云南陶瓷、水泥工业及出口

个旧长石矿选矿技术经济指标如下:

个旧长石矿选矿技术经济指标

名称

单位

指标

矿石处理量

T/a

20000

长石精矿产量

T/a

10000

矿石粒度:

mm

 

原矿粒度

 

<300

入选粒度

 

<3

矿石品位:

SiO2%

 

原矿品位

 

70—75

精矿品位

 

65

选矿回收率

%

45


 (3)湖北长石矿

  该矿石主要矿物成份为:微斜长石(39.9%)、钠长石(19.6%)、石英(32.8%)、云母(7.8%,主要为白云母),另含少量片岩碎屑(1.5%)、石榴石(0.08%)及连生体矿物(2.31%)。

湖北长石矿半工业试验长石及综合回收产品化学成份

 

产品

化学成份,%

SiO2

Al2O3

Fe2O3

K2O + Na2O

长石

65.27

19.29

0.15

12.12

石英

98.06

1.20

0.043

0.19

云母

52.79

27.56

2.75

10.30

四.    长石矿的开发利用现状及发展趋势

  1.长石矿的开发利用现状(待续)
  2.长石矿利用发展趋势
  2.1 钾长石制钾肥
  由于国外可溶性钾资源丰富,因此,利用不溶性钾矿制取钾肥的研究工作很少进行。前苏联利用霞石进行加工,但主要是为了提取其中的氧化铝,副产钾盐。同国外相比,我国可溶性钾资源缺乏,而钾长石资源却极其丰富,遍及全国各地,氧化钾储量近4亿吨。我国从五十年代就开始了利用钾长石制钾肥的研究,先后采用数十种工艺进行过试验。综合起来,大致可分为:烧结法、高温熔融法、水热法、高炉冶炼法、低温分解法。简介如下:
  2.2 烧结法  配加钾长石、石灰石和其它盐类,并添加部分煤、经粉碎、成球后在立窑焙烧,使其中的氧化钾转化成水溶性,可制得对应的钾盐。随着原料配比的变化和焙烧温度的不同,钾的转化率在65%—90%之间。
  2.3 高温熔融法  主要以钙镁磷肥生产为基础,原料中适当地配入钾长石,使成品肥料含有氧化钾,称钙镁磷钾肥,含有效P2O5 10%—14%、有效K2O 2%—3%。与钙镁磷肥相比,成品中每增加1% K2O,会降低1%—2% P2O5。成品中磷和钾的可溶率,一般在95%以上。
  2.4 水热法  用苛性钾溶液加压处理钾长石,能生成组份为K2O.Al2O3.2SiO2.xH2O的沸石类固相。其中氧化钾为可溶性的,能被植物吸收,且不易流失,是一种缓释肥料,含有效K2O 20%—26%,其中大部份二氧化硅也属可溶性。         
  2.5 高炉冶炼法  钾长石、石灰石、白云石、萤石和焦炭等,经破碎机破碎后,按比例配料入炉。炉缸温度高达1500oC,挥发出来的K2O与炉内的CO2 作用,生成K2CO3。在有水蒸汽及大量CO2  存在的情况下,生成的K2CO3 部份转化为KHCO3 。高炉排出的熔渣,经水淬后加工成白色水泥。
    2.6 低温分解法  在助剂和硫酸存在下,低温度(100oC)分解钾长石,可生产出硫酸钾铵二元复肥、聚合氯化铝、白炭黑等产品。


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