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中国石棉矿资源概况

  

  石棉是天然纤维状矿物的集合体,可劈分成细而柔韧的纤维。按成分、结构的差异一般将石棉分为温石棉(也称蛇纹石石棉)、角闪石石棉(碱性角闪石石棉也统称蓝石棉)、水镁石石棉等。其中温石棉产量最大,分布最广,占总产量98%以上;角闪石石棉、水镁石石棉产量小。本章重点介绍温石棉矿物原料。
  由于温石棉具有多种物理、化学特性,决定了它在工业利用方面的多功能及广阔的应用领域。用温石棉生产的石棉制品达数千种,广泛用于建筑、机械、石油、化工、冶金、电力、交通及军工等现代工业中。随着工业的发展,温石棉的应用领域不断拓宽,它与金属、陶瓷纤维、石墨、玻璃纤维等制成各种复合材料,已用来制造航天器的部件。目前由于环境保护的要求,因此世界各国都在研究石棉的代用品。但由于技术、经济上的制约,国内外尚未过关,预计短期内不会有重大突破,因而石棉矿产仍在国民经济建设中占有重要位置。
一、 矿物原料特点
  “温石棉”为蛇纹石石棉的统称。
  蛇纹石{Mg6[Si4O10](OH)8}是由硅氧(SiO2)四面体和氢氧化镁石[Mg(OH)2]八面体组成的双层型结构的三八面体硅酸盐矿物。由于四面体层和八面体层之间不协调,因此形成三种不同的基本结构,构成三种矿物,即具有平整结构的板状蛇纹石;具有交替波状结构的叶蛇纹石;具有卷曲状圆柱形结构的纤蛇纹石。在自然界纤蛇纹石矿物产出广泛,而且结晶程度高,可分性能良好;丝状特征显著的纤蛇纹石,为有用的工业矿物,也可称为纤蛇纹石石棉。
  温石棉块体通常为不同色调的绿色及黄色,也有的为白色。劈分后的丝状纤维为白色,丝绢光泽;硬度2~2.5;理论密度为2.56 g/cm3,化学成分中类质同象代替,决定实际密度值的大小,Fe、Ti、Mn、Ni等元素取代Mg时,密度偏大,Al、Ti取代Si时,密度偏小,与纤维管心有无充填物也有关系,实际密度为2.426~2.646 g/cm3。
  温石棉的光学性质,折射率Ng为1.534~1.555,Np为1.522~1.549,Ng值随Fe2O3及FeO含量增多而增大,Np值随FeO及H2O+含量增多而增大;多色性,Ng为各种色调的绿色,Np为各种色调的黄色;平行消光,正延性为主。
  温石棉的X射线衍射特征,有两条强衍射线,d(002)为0.728~0.740nm和d(004)为0.369~0.366nm;另有四条中强衍射线,d(020)为0.437~0.459nm、d(201)为0.256~0.260nm、d(202)为0.243~0.248nm、d(402)为0.130~0.134nm。温石棉在自然界产出以2Mc型纤蛇纹石最多,ZORc型正纤蛇纹石少见。
  温石棉的热效应,在670~730℃区间出现深而大的放热效应(吸热谷或脱羟谷);815~830℃区间出现矮而窄的放热效应(热放峰),原矿物结构被彻底破坏,形成新的物相,即镁橄榄石和顽辉石的混合相。
  温石棉的红外光谱,不同结晶程度的温石棉,主要表现在1 100~950cm-1三个方向的Si—O伸缩振动带及3 700~3 600cm-1羟基吸收振动的差别。
  温石棉的电子显微像多为空心管状,其内径一般为6~8nm,外径为20~50nm。
  温石棉的理论化学成分:SiO2 43.36%、MgO 43.64%、H2O+13%。一般含有Fe2O3、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、CaO、K2O、Na2O、Cr2O3、V2O5、NiO、F-、Cl等杂质。表明混有磁铁矿、方解石、白云石、菱镁矿、水滑石、石英、水镁石、铬尖晶石等杂质矿物或元素的类质同象取代。
  温石棉具有多种物理化学性质,劈分性能优良,能最大限度地劈分为丝状体,劈分直径最小为1~2μm。工业利用以比表面积为衡量指标,一般在5~50 m2/g。机械强度高,抗张强度值为120~350(单位9.8×106Pa)。
  其中:高强度纤维大于350,正常强度纤维小于350、大于250,中等强度纤维小于250、大于150,低强度纤维小于150。温石棉纤维强度优于角闪石类石棉及人造碳纤维,与硼纤维和玻璃纤维接近。耐热性能良好,工业利用温度可达500℃(热失重率小于1%)。温石棉耐碱腐蚀性强,碱蚀量为0.46%~0.74%,耐酸腐蚀性差,不如角闪石石棉,酸蚀量一般为55%~58%。隔热性能和导热性能好,导热系数一般为0.121~0.227W/(m·K)。电绝缘性良好,电阻率ρ一般为0.6×108~4×108Ω·cm。
  温石棉纤维还具有过滤性[透过系数为15%~60%,阻力为0.4×9.8~13.9×9.8Pa]、成膜打浆性、磁性(双磁化系数为6×10-6~10×10-6cm/g)、电动电位(一般e>20mV)等。
  中国部分产地温石棉的化学成分见表4.16.1,温石棉的物理化学性能见表4.16.2。
  中国蓝石棉根据成分、结构、光性、密度,基本属于镁钠闪石石棉,可以细分为镁钠闪石石棉(是中国最主要的蓝石棉矿种);富亚铁的镁钠闪石石棉;含钙的镁钠闪石石棉。中国蓝石棉的外观呈灰蓝色或蓝灰色,含钙高呈带蓝的灰白或黄白色。主要为块状、束状集合体,强的丝绢光泽,劈分性好,密度2.87~3.21g/cm3,负延性,Ng为1.632~1.687。耐酸性强,一般酸蚀量为0.8%~7%,碱蚀量为3%~4%,具有特殊的过滤性能,尤其是蓝石棉中的镁钠闪石石棉和镁钠铁闪石石棉是净化有毒气体唯一的天然纤维材料,对于滤除穿透能力最强粒径为0.1~1μm有毒粒子十分有效。因而许多国家都用蓝石棉作为过滤有毒气体的材料,获得良好效果。
  蓝石棉制成的空气过滤纸除了用来制造军事过滤器外,还广泛用于半导体、集成电路、精密机械、光学器材、感光材料、制药工业和化工工业所必需的气体、液体净化材料。蓝石棉因用途特殊,应用广泛,是重要的战略矿产之一。
二、 用途与技术经济指标
  (1) 用途 温石棉由于具有耐摩擦、耐热、抗腐蚀、隔音和质轻等特征而有广泛的用途,随着科学技术的发展,石棉的用途不断扩大,不同种类和级别的温石棉有特殊的用途。
  (2) 技术经济指标 1993年以前在中国石棉地质勘探工作中,根据石棉纤维的长度将石棉纤维分为8个品级(称为地质分级,旧标准)见表4.16.5。1993年12月实施的《温石棉矿地质勘探规范》中,要求今后地质勘探石棉纤维分级与工业分级要求一致,按中华人民共和国国家标准GB8071-87《温石棉》执行。
  中华人民共和国国家标准GB8071-87《温石棉》中,温石棉纤维的工业分级分为手选棉1、2级,机选棉3、4、5、6级。
三、 矿 业 简 史
  中国石棉开发历史悠久,是世界上最早利用石棉的国家之一,在古书记载中,石棉被称为“不灰木”、“石绒”、“石麻”。以石棉纤维织成布称“火烷”或“火毳”。早在晋朝时代,王弼(公元226~249年)等著作的《列子》卷五中就记载有周穆王(公元前1001~公元前947年)大征西戎,西戎献锟之剑,火浣之布,浣必投于火,布则火色,垢则布色,出火而振之,皓然疑雪。可见早在2 000多年前,中国已有利用石棉的纺织性及耐火性织成火烷之布。到元代(公元1206~1136年)石棉已有少量开采。
  公元1913年,辽宁金州小株山石棉开始开采,长期以来中国石棉矿业落后,至1949年,只有辽宁金州、河北涞源、四川新康3个矿生产,当年生产石棉仅550t。石棉矿正规地质工作是在1949年中华人民共和国成立后才得到迅速发展的。到1996年底已探明矿产地45处,探明储量为9 061万t。
 自1949年以来,中国石棉矿业经历了由小到大的发展过程,生产方式由原来土法生产到目前机械化、半机械化生产。石棉产量经历了从50年代初到1960年的高速发展阶段(年增长率为43%),60~70年代的快速增长阶段(年增长率约为13%)和80年代及以后的稳定发展阶段(年增长率为3.8%)。1996年全国石棉产量44.17万t。
  迄今为止,中国石棉制品已达3 000多种,石棉已成为现代工业不可缺少的矿物原料,基本满足了各工业部门的需要。但由于:资源地理分布不均衡;探明储量中短纤维石棉比重较大,矿山开采资源浪费也大;石棉制品中纺织、摩擦、绝缘制品均需消费中长纤维,以消费短纤维为主的水泥制品不仅品种少,而且产量也低;选矿回收率不高;石棉制品质量欠佳等都影响石棉矿产的合理开发利用。上述问题应加以改进,以促进石棉工业更进一步发展。


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