叶蜡石是一种水合铝硅酸盐,化学式为Al2[Si4O10](OH)2,其中Al2O3的理论含量为28.3%,SiO2为66.7%,H2O为5.0%。莫氏硬度1.25,密度2.65g/cm3,熔点1700℃;颜色有白色、灰色、浅绿色、黄色和棕色;或珍珠油脂光泽;坚韧滑腻;白色条纹;不透明或半透明的;它是一种片状放射状骨料。
叶蜡石具有熔点高、高温不收缩、化学性质稳定、无毒、耐腐蚀、在水中不膨胀、不塑性、良好的隔热保温性、电绝缘性、传压性、可加工性和密封性、烧结温度低、电导率低、膨胀系数低等特点。它是重要的电子、光学和结构材料,广泛应用于冶金、建材、石油、化工等行业。
1.难驾驭的
(1)不定型耐火材料
不定型耐火材料是一种可以不经烧成直接使用的耐火材料。在使用过程中,高温引起的烧结收缩或材料中其他原料引起的收缩,往往会导致不定型耐火材料开裂、剥落,缩短材料的使用寿命。
将在一定温度下会产生体积膨胀的叶蜡石引入不定型耐火材料中,可以显著提高耐火材料的体积稳定性,延长其使用寿命。
夏新鹏等人使用由高岭土和叶蜡石组成的高岭土作为主要相来制备炮泥。在相同条件下,含叶蜡石相的高岭土赋予炮泥更好的塑性,并提高其烧结强度。
(2)成型耐火材料
在成型耐火砖中加入叶蜡石可以形成富含SiO2的莫来石相,在使用中会形成二次莫来石。体积膨胀将抵消材料的收缩,并提高材料的体积稳定性。
孙华云等以高铝矾土为主要原料& ldquo三& rdquo和矿物叶蜡石为膨胀剂,研制出一种新型无碳钢衬砖——微膨胀高铝砖。在实际使用过程中,微膨胀高铝砖由于微膨胀可以挤压砖缝,使得整个钢包内衬具有很好的整体性,提高了高铝砖的抗渣侵蚀能力,延长了钢包的使用寿命。
2.陶瓷领域
叶蜡石作为一种高铝硅酸盐粘土矿物,是一种很好的陶瓷原料,主要用于建筑陶瓷、卫生陶瓷、抛光砖、釉面砖、墙地砖等传统陶瓷和介电陶瓷等其他功能陶瓷。
(1)建筑卫生陶瓷
以叶蜡石为主要原料制成的建筑卫生陶瓷具有抗热震性好、性能稳定等优点。目前,叶蜡石被广泛用作一些高档釉面砖、卫生洁具和瓷质砖的原料。
王晓兰等。以叶蜡石为主要原料,制成了性能优良的卫生陶瓷、瓷质砖和釉面砖。配方如下:(1)釉面砖:叶蜡石50%,黑泥15%,千阳土15%,长石5%,应时15%;(2)瓷质砖:叶蜡石21%,黑泥15%,钾长石20%,应时22%,锂瓷石10%,煅烧高岭土12%;(3)卫生陶瓷:叶蜡石30%,黑泥22%,钾长石15%,应时20%,博爱土13%。对样品的测试表明,由于叶蜡石热膨胀小,可以快速烧成釉面砖、瓷砖和卫生洁具,制品收缩率小,强度高。
叶蜡石中含有较少的Fe2O3和TiO2,易于制作高档日用细瓷。同时,叶蜡石含有较多的二氧化硅和三氧化二铝,可以替代部分高岭土和应时,降低生产成本。
(2)介电陶瓷
叶蜡石具有绝缘性能,可用作制备介电陶瓷的原料。孙一亭等人以提纯的天然叶蜡石为原料,以BaCO3、MgO和SiC为添加剂,通过高温烧结制备介电陶瓷。结果表明,天然叶蜡石除铁后能降低陶瓷的介电常数和介电损耗,提高陶瓷的介电性能。
(3)耐酸陶瓷
耐酸陶瓷是一种应用广泛的粘土质半瓷材料。具有耐腐蚀、耐磨损、对所有无机和有机酸无污染等优点,广泛应用于石油、化工、制药、食品、造纸等领域。
王等人利用叶蜡石、尾矿废料、粘土和长石精矿为原料制备耐酸陶瓷。莫来石的强烈结晶和玻璃相的形成能显著提高陶瓷的化学稳定性。
(4)陶瓷磨具
陶瓷磨具具有高强度、高硬度、耐潮湿、耐磨、耐沾污、耐腐蚀、耐高温、易清洗、变形小、绝缘性好和一定的抗热震性等性能。
王改民等人用叶蜡石和白云石代替部分粘土作为粘结剂。叶蜡石含结晶水少,导致加热过程中脱水慢,硬度低,质地软而肥,膨胀系数低。利用叶蜡石的这些性质可以提高陶瓷磨具的性能。叶蜡石和白云石的引入还可以防止碳化硅磨具在一定温度范围内的黑心现象,拓宽了碳化硅磨具的烧结温度适应范围。
3.压力传输密封介质
叶蜡石具有良好的传压性、耐热性、保温性、密封性、可加工性和绝缘性,在人造金刚石、立方氮化硼等高压合成工业中广泛用作传压和密封介质。叶蜡石传压密封材料的性能主要取决于叶蜡石矿石的矿物组成。
陈天虎等研究了人造金刚石生产中叶蜡石传压密封材料的矿物学。结果表明,叶蜡石矿石中的杂质矿物主要为一水硬铝石、明矾石、高岭石、长石、绿泥石、绢云母、赤铁矿、应时、钛铁矿、褐铁矿和金红石。当一水硬铝石、高岭石、绢云母、绿泥石等层状矿物的总量小于10%时,不会影响产品的传压性能。长石和应时的含量应控制在5%以下。明矾是有害成分。
用极纯叶蜡石矿制成的传压密封材料传压性能好,但内耗系数小,密封性能差。少量赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和金红石矿物的存在可以提高密封性能。褐色、棕褐色和灰色叶蜡石矿制成的材料传压和密封性能优于灰色和白色叶蜡石矿。
4.玻璃纤维
玻璃主要由叶蜡石、石英砂和石灰石制成,其中叶蜡石占50%以上。它是一种性能优良的无机非金属材料,经高温熔融、拉丝、缠绕、编织而成。具有绝缘性好、耐热、耐腐蚀、机械强度高的优点。其单丝直径从几微米到二十几微米,可分为E玻璃纤维、S玻璃纤维、C玻璃纤维和A玻璃纤维。通常使用Al2O3含量约为18%-22%的铝叶蜡石作为生产玻璃纤维的原料。叶蜡石中Al2O3含量过高或过低都会影响生产过程。
叶蜡石不仅可作为生产无碱玻璃球和中碱玻璃球的主要原料,还可与应时熔制玻璃纤维制成玻璃钢,或制成耐酸、耐碱、耐高温的玻璃布,是一种新型的贴墙材料。
5.橡胶场
橡胶中使用的传统补强剂是炭黑和白炭黑。炭黑一般用于黑色橡胶制品,白炭黑一般用于浅色橡胶制品。结果表明,叶蜡石还能改善橡胶的加工性能和物理性能。
杨林泰等研究了改性叶蜡石对NR胶料性能的影响,并与高耐磨炭黑进行了对比。结果表明,改性叶蜡石能加速硫化,增强交联。该改性剂能够改善叶蜡石与NR橡胶的界面,因此改性叶蜡石硫化胶的邵氏A硬度、拉伸应力、拉伸强度、撕裂强度和回弹值均有所提高,阿克隆磨耗降低,耐热氧老化性能提高。因此,改性叶蜡石和炭黑的补强体系不仅可以降低生产成本,改善胶料的加工性能,而且可以获得综合性能优异的胶料。
6.吸附剂领域
叶蜡石因其价格低廉和吸附土壤的结构特性,在国外已被广泛用作吸附剂。叶蜡石层状结构的相邻晶体层间仅通过范德华力连接,因此结构容易沿层被破坏,阴阳离子可以进入层间,因此叶蜡石具有天然的吸附活性。
姚文军等采用湿法活化工艺,用不同类型的有机活化剂对叶蜡石粉体进行活化,并进行对水中极性有机物对苯二酚的吸附实验。结果表明,经有机活化处理的叶蜡石能明显提高对苯二酚的吸附量,对苯二酚的去除率从26.8%提高到83.1%。
7.原材料合成
叶蜡石也可以作为合成莫来石的原料。合成莫来石时,不仅可以提供SiO2和Al2O3成分,而且高温煅烧时的膨胀可以抵消坯体的收缩,从而避免坯体开裂。
薛群虎等人用叶蜡石和滑石合成堇青石。结果表明,合成的叶蜡石和滑石结构致密、气孔率低、强度高,主晶相堇青石含量>:90%,结构水含量低,烧失量低,煅烧后体积变化小。
于景坤等人以叶蜡石和天然石墨为原料,在Ar气氛下用碳热还原法原位合成了莫来石-碳化硅复合材料。结果表明,合成莫来石-碳化硅的最佳温度为1550℃,原位合成的碳化硅多为球形,粒径为1 μm;m,均匀分布在莫来石相中。合成的莫来石-碳化硅复合材料的韧性、抗压强度和抗渣侵蚀性能明显优于单一莫来石材料。
程维利用叶蜡石制备多孔氧化铝材料,制备的多孔氧化铝平均孔径为20-21nm。该材料以层状结构堆叠,并且表面不平坦,在层之间和颗粒之间有大量的间隙和孔洞。
8.聚氯乙烯人造革
李晶将叶蜡石粉用作PVC人造革的功能填充增强剂。片状结构的叶蜡石增加了与PVC树脂的接触面积,因此具有良好的补强效果。当叶蜡石用量为15份时,耐磨改性效果优于气相法白炭黑。与活性轻质碳酸钙相比,叶蜡石对PVC人造革具有更好的抗撕裂效果。因此,叶蜡石可以代替普通填料用于PVC人造革。
9.阻燃剂
管才等结合叶蜡石和无机膨胀型阻燃剂的优点,将其复配用于不饱和聚酯树脂的阻燃。结果表明,UPR阻燃复合材料具有良好的综合性能,在燃烧过程中能形成致密的膨胀碳层,起到气体绝缘和质量绝缘的作用。氧指数高达36.4,符合B1电工热固性塑料国家要求。
10.玻璃陶瓷
Mandal等人以叶蜡石和高炉渣为主要原料制备了超低负膨胀微晶玻璃。叶蜡石的引入降低了玻璃的熔化温度和熔体粘度,导致玻璃陶瓷相的形成。所制备的微晶玻璃的热膨胀系数为-9×104。10-7/℃~-2 &次;10-7/℃,根据产品不同,材料的抗弯强度可达120MPa-200MPa。该方法制备的微晶玻璃原料为工业废料,熔融温度低,产品成本低。
1.其他的
此外,由于叶蜡石的某些物理性质与滑石相似,叶蜡石可以替代滑石作为造纸、涂料、塑料、化妆品等产品的填料。叶蜡石还可用作各种农药和杀虫剂的载体;作为糖果和药品的填充物;用于从水泥和屋顶生产防水材料;直接加工成电气绝缘零件和高绝缘器件;作为其他行业的防粘隔离剂;作为铅笔芯的添加剂;用于电缆,防止沥青粘附;用作润滑油添加剂;用于制作假宝石和雕刻各种工艺品;作为生产洗涤剂和分子筛的原料。
12.叶蜡石利用中的问题
中国是世界上叶蜡石矿产资源丰富的国家,但在开发利用方面还存在一些不足。
(1)资源浪费严重
因为矿石的指标太高,本来可以应用的矿石无法使用。因此,可以加强对叶蜡石提纯的研究,对制备高品位产品也具有现实意义。
(2)附加值低
我国叶蜡石出口以原矿为主,但由于观念、技术等一些原因,无法表现出良好的产品附加值。
13.建议
(1)合理开发,注重矿产的综合利用和保护;
(2)对我国叶蜡石资源进行全面细致的矿物学研究,为合理利用叶蜡石资源创造条件;
(3)目前,叶蜡石的应用领域主要集中在制备耐火材料、陶瓷、传压和密封介质、玻璃纤维等方面。在中国,但其他方面的应用量相当有限。
(4)通过观念转变和技术创新,提高叶蜡石矿产品的附加值;
(5)如果叶蜡石能在不破坏其晶体结构的情况下纳米化,它将表现出表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性。纳米叶蜡石产品也将表现出意想不到的性能,叶蜡石的应用将被拓宽到更广阔的应用领域,这也将为复合材料的研究增添新的内容。
目前,虽然叶蜡石微粉化的工作取得了一些成果,但理论还不成熟。未来,更大的挑战是如何将纳米叶蜡石产业化。含有纳米单元相的复合材料都是以实际应用为目的的,这也是纳米材料工程的重要组成部分,正成为纳米材料发展的新方向。