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1第五章非金属矿物原料加工与应用实践5.1非金属矿物原料资源的开发利用现状5.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用5.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用5.5非金属矿物原料在耐火材料加工中的应用5.6非金属矿物原料在建筑装饰材料加工中的应用5.7非金属矿物原料在环保材料加工中的应用25.1非金属矿物原料资源的开发利用现状在当今社会不仅在各个工业和经济部门，而且在许多高新技术领域都离不开非金属矿物材料。（1）结合本国资源特点，充分发挥资源优势。（2）紧密结合产业和技术革命，方向明确。①一种新产业或新技术的出现往往带动一大批矿物新材料的开拓。②非金属矿物资源具有种类多、用途广、利用形式多样化的特点。然而对某一种非金属矿物资源而言，根据其主要特性又有主要用途、次要用途、最佳用途之分。各国在开发非金属矿物材料中，均注意抓住它的主要特性进行系列产品开发。例如膨润土，除了钻井泥浆、球团及铸造三大作用外，依据它具有优良粘结剂、悬浮性和吸附性、开发为高效吸水剂、动物饲料、化工、石油、油脂的精制剂、涂料、触变剂、土木工程灌浆、不透水水泥、抗渗漏混合剂、蓄水水泥、绝缘陶瓷等。35.1非金属矿物原料资源的开发利用现状（3）重视资源综合利用原苏联用石棉废料制成硅酸盐制品，用劣质碱性膨润土及玄武岩纤维生产隔热保温材料。美国利用碎玻璃加霞石正长岩、膨润土、瓷土制成机械强度高的防裂瓷砖等。我国自力更生研制了一大批新型矿物材料。如膨胀石墨密封材料、新型耐火隔热保温与节能材料、碳纤维与碳素材料、宇航与通讯用材料、电子与光学材料、特种功能材料与复合材料、精细陶瓷等一大批国家急需材料，填补了国内空白。45.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用水泥原料主要包括石灰质原料、粘土质原料及校正原料。5.2.1石灰质原料常用的石灰质原料有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。我国大部分水泥厂使用石灰岩与泥灰岩。（1）石灰岩：石灰岩是有碳酸钙所组成的化学与生物化学沉积岩。主要矿物是方解石，并含有白云石、硅质（石英或燧石）、含铁矿物和粘土质杂质，是一种具有微晶或潜晶结构的致密岩石，中等硬度、性脆，纯的方解石含有56%CaO和44%CO2，制造硅酸盐水泥用石灰石中氧化钙含量一般应不低于48%，以免配料发生困难。55.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用（2）泥灰岩：泥灰岩是由碳酸钙和黏土物质同时沉积而形成的均匀混合沉积岩。它是一种由石灰岩向黏土过渡的岩石。当泥灰岩中氧化钙含量高于45％时称为高钙泥灰岩；当其中氧化钙含量低于43.5％时称为低钙泥灰岩。低钙泥灰岩通常与石灰石搭配使用。泥灰岩是一种极好的水泥原料，因它含有的石灰岩和黏土混合均匀，易于煅烧，有利于提高窑的产量，降低燃料消耗。有些地方产的泥灰岩，其成分接近制造水泥的原料，其氧化钙含量在43.5％～45％之间，可直接用来烧制水泥熟料，这种泥灰岩称为天然水泥岩，但这种泥灰岩的矿床是不常见的。（3）白垩：白垩是海生生物外壳与贝壳堆积而成的，富含生物遗骸，主要是由隐晶或无定形且疏松的碳酸钙所组成65.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用的石灰岩，其主要成分是碳酸钙，含量为80％～90％，有的碳酸钙含量可达90％以上。白垩易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的优质石灰质原料。中国河南省（如新乡地区）盛产白垩。（4）贝壳和珊瑚类：其主要有贝壳、蛎壳和珊瑚石，含碳酸钙90％左右，表面附有泥砂和盐类等对水泥生产有害的物质，所以使用时需用水冲洗干净。蛎壳来自海底，含15％～16％的水分，韧性比较大，不容易磨细，需要煅烧后再磨碎。贝壳、蛎壳主要分布于沿海诸省，如河北、山东、浙江、福建、广东等均有产出。钙质珊瑚石主要分布在海南岛、台湾及东沙、西沙、中沙、南沙群岛。目前沿海小水泥厂有的采用这种原料。7石灰石、白垩加工技术：石灰石及白垩资源丰富，原矿品位一般能满足各工业部门要求，目前只需要进行简单的洗矿、手选、分级破碎，不需要复杂的选矿提纯。5.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用85.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用5.2.2黏土质原料天然黏土质原料有黄土、黏土、页岩、泥岩等。其中黄土、黏土应用最多最广。黄土和黏土均由花岗岩、玄武岩等经风化分解后，再经搬运或沉积而成。衡量黄土和黏土的质量主要看化学成分、含砂量、含碱量等。黏土中一般均含碱，风化程度愈大，含碱量愈低。碱含量过高既会给熟料的生产带来困难，又会影响熟料的质量。因此一般要控制熟料中的碱含量小于1.3％，为此黏土质原料中的碱含量要控制在小于4.0％的范围内。黏土质原料的主要化学成分是SiO2，其次是Al2O3、Fe2O3和CaO，在水泥生产中，它主要是提供水泥熟料所需要的酸性氧化物（SiO2、Al2O3和Fe2O3）95.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用中国水泥工业采用的天然黏土质原料有黏土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，其中使用最多的是黏土和黄土。随着国民经济的发展以及水泥厂向大型化趋势迈进，为保护耕地，不占农田，近年来多采用页岩、粉砂岩等作为黏土质原料。（1）黏土:黏土是多种微细的呈疏松状或密实胶状的含水铝硅酸盐矿物的混合体，它是由富含长石的铝、硅酸盐矿物的岩石经漫长地质年代风化而成的。它包括华北及西北地区的红土、东北地区的黑土与棕壤、南方地区的红壤与黄壤等。纯黏土的组成近似于高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O），但水泥生产采用的黏土由于它们的形成和产地的差别，常含有各种不同的矿物，不能用一个固定的化学式来表示。105.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用黏土广泛分布于我国的华北、西北、东北、南方地区。黏土中常常含有石英砂、方解石、黄铁矿、碳酸镁、碱及有机物质等杂质，因所含杂质不同，颜色不一，多呈红色、黑色与棕色、黄色等。其化学成分差别较大，但主要是含SiO2、Al2O3，以及少量Fe2O3、CaO和MgO、K2O和SO3等。其塑性指数较高。（2）页岩：页岩是黏土受地壳压力胶结而成的黏土岩，一般形成于海相或陆相沉积，或海相与陆相交相沉积。页岩的主要成分是SiO2、Al2O3，还有少量的Fe2O3和K2O等。化学成分类似于黏土，可作为黏土使用，但其硅酸率较低，通常配料时需要掺加硅质校正原料。若采用细粒砂质页岩或砂岩、页岩互相重叠间层的矿床，可以不再另掺加硅质校正原料，115.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用（3）黄土：黄土是没有层理的黏土与微粒矿物的天然混合物。黄土的化学成分以SiO2、Al2O3为主，其次还有Fe2O3、MgO、CaO以及碱金属氧化物K2O，其中K2O含量高达3.5％～4.5％，由于黄土中含有细粒状、斑点状、薄膜状和结核状的碳酸钙，一般CaO含量达5％～10％。黄土以黄褐色为主，密度为2.6~2.7g/cm3，含水量随地区降雨量而异。华北、西北地区的黄土水分一般在10％左右。黄土中粗粒砂级（0.005mm）颗粒一般占20％~25％，黏粒级（＜0.005mm）颗粒一般占20％~40％。黄土塑性指数较低。125.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用（4）粉砂岩：粉砂岩是由直径为0.01~0.1mm的粉砂经长期胶结变硬后的碎屑沉积岩。粉砂岩的主要矿物是石英、长石、黏土等，胶结物质有黏土质、硅质、铁质及碳酸质；颜色呈淡黄色、淡红色、淡棕色、紫红色等；质地取决于胶结程度，一般疏松，但也有较坚硬的。粉砂岩的硅酸率一般大于3.0，铝氧率在2.4~3.0之间，含碱量为2％~4％，可作为水泥生产用的硅铝质原料。（5）河泥、湖泥类：河泥、湖泥类是由于江、河、湖、泊的流水速度分布不同，使挟带的泥沙规律地分级沉降所产生的产物。其成分决定于河岸崩塌物和流域内地表流失土的成分。如果在固定的江河地段采掘，则其化学成分稳定，颗粒级配均匀，使用它不仅可不占农田，而且有利于江河的疏通。建造在靠江、湖的湿法水泥厂，可注：硅酸率--反映水泥熟料中硅酸盐矿物（3CaO·SiO2+2Ca0·SiO2）与熔剂矿物（3CaO·Al2O3+4CaO·Al2O3）的相对含量！135.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用利用挖泥船在固定区域内进行采掘，经淘泥机处理后的泥浆即为所需的黏土质原料。（6）千枚岩由页岩、粉砂岩或中酸性凝灰岩经低级区域变质作用形成的变质岩称为千枚岩。岩石中的细小片状矿物呈定向排列，断面上可见许多大致平行、极薄的片理，片理面呈丝绢光泽。主要矿物成分为绢云母（化学组成与白云母极相似）、绿泥石（主要化学成分为SiO2、Al2O3等）和石英等。岩石常呈浅红色、深红色、灰色及黑色等颜色。根据矿物着色不同可有各种名称，如硬绿泥石千枚岩、黄绿色钙质千枚岩等。千枚岩分布范围广，如我国的辽东地区、秦岭地区、南方地区都存在，江西水泥厂使用的黏土质原料便是千枚岩。145.2非金属矿物原料在水泥加工中的应用5.2.3校正原料当石灰质原料和黏土质原料配合所得生料成分不符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分掺加相应的原料，这种以补充某些成分不足为主的原料称为校正原料。常用校正原料主要有硅质校正原料、铁质校正原料和铝质校正原料。当氧化硅含量不足时，需掺入硅质校正原料。常用的有砂岩、河砂、粉砂等。一般要求硅质校正原料中的氧化硅含量为70％~90％；大于90％时石英含量过高，对粉磨和煅烧带来很大困难，一般不采用。河砂的石英结晶更为完整粗大，只有在无砂岩矿源时才采用。最好采用风化砂岩或粉砂岩，其氧化硅含量不低，且易于粉磨、煅烧。当氧化铝含量不足时，需掺加铝质校正原料。一般有粉煤灰、煤渣、煤矸石、铝矾土等。155.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用玻璃工业常用原料分为主要原料及辅助原料。主要原料指引入SiO2、Na2O、Al2O3、CaO、MgO等五种成分的原料，辅助原料主要指为使玻璃获得某种必要的性质或为加速玻璃熔制过程而引入的原料。5.3.1石英类原料自然界中的SiO2结晶矿物统称为石英。常用的石英类原料为石英砂，石英砂又称硅砂，是石英岩、长石等受水、碳酸酐以及温度变化等作用，逐渐分解风化由水流冲击沉积而成。质地纯净的硅砂为白色，一般硅砂因含有铁的氧化物和有机质，故多呈淡黄色、浅灰色或红褐色。优质硅砂是理想的玻璃工业原料。硅砂的质量主要由其化学组成、颗粒组成和矿物组成来评定。硅砂的成分主要是SiO2，并含有少量的Al2O3、Fe2O3和K2O等杂质，而Fe2O3、Cr2O3和TiO2等是极其有害的成分，它们均能使玻璃着色而影响其透明度。165.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用硅砂的颗粒组成对原料制备、玻璃熔制、窑炉蓄热室的堵塞均有重要影响，是评价硅砂质量的重要指标。在同种硅砂中，颗粒大小不同，其铁铝含量不同，粒度越小，铁铝含量越高。因此，熔制玻璃用硅砂的颗粒直径应在0.15～0.8mm之间，其中0.25～0.5mm的颗粒应不少于90％，0.1mm以下的不超过5％。硅砂中伴生矿物的种类和含量与确定矿源和选择原料的精选方式有直接关系。有些伴生矿物如长石、高岭石、白云石等对玻璃无害；有些如赤铁矿、钛铁矿等能使玻璃强烈地着色；有些重矿物如铬铁矿等，由于熔点高，化学组成稳定，使玻璃难以熔化而形成黑点和疙瘩，必须加以注意。175.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用5.3.2长石类原料长石是一种常见的造岩矿物，约占地壳总质量的50%，是架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。根据其结构特点，可将长石类矿物分为如下四种基本类型，见表5.2所示。长石类矿物是玻璃和陶瓷工业的主要原料之一。由于在提供Al2O3的同时，也引入Na2O、K2O等成分，减少了纯碱用量，因此在一般玻璃的生产中得到广泛的应用。长石类矿物在自然界中多数是以各类岩石的集合体产出，共生矿物多，成分波动大。因此，不同工业对所用长石的品质要求不尽相同。185.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用5.3.3引入氧化镁的主要原料白云石和菱镁矿是玻璃生产中引入MgO的主要原料。用MgO代替部分CaO，可改善玻璃成型性能，提高玻璃的化学稳定性和机械强度。由于菱镁矿含Fe2O3较高，一般首选白云石作为引入MgO的原