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蓝晶石

蓝晶石 是一种耐火度高、高温体积膨胀大的天然耐火原料矿物。晶面上有平行条纹。颜色呈淡蓝色或青色、亮灰白等。属于高铝矿物。

化学组成:Al2O3 63.1-,SiO2 36.9- 。单晶体常呈平行于(100)的长板状或刀片状。天然产出的蓝晶石,往往接近于理想成分。其抗化学腐蚀性能强,热震机械强度大,受热膨胀不可逆等。是生产不定形材料、电炉顶砖 、磷酸盐不烧砖、莫来石砖、低蠕变砖的主要原料。也是一种变质矿物,主要产于区域变质结晶片岩中,其变质相由绿片岩相到角闪岩相。也常用作宝石戒面,手链,项链。瑞士、奥地利是知名产地。

蓝晶石 英文名称kyanite,源于希腊语kyanos,指蓝晶石最普遍的颜色。是岛状结构硅酸盐矿物,成分为Al2[SIO4]O。与红柱石矽线石同质多象。属于三斜晶系,晶体呈扁平的板条状,常呈柱状晶形,可见双晶。有时呈放射状集合体。颜色有蓝色、带蓝的白色、青色。具100完全和010中等的两组解理。硬度有明显的异向性,故又名二硬石。平行晶体伸长方向上摩氏硬度为4.5,垂直方向上为6,比重3.53~3.65。可见435nm,445nm吸收光谱带。区域变质作用产物,在结晶片岩和片麻岩中出现。当加热到1300℃时,蓝晶石变为莫来石,是高级耐火材料。也可提取铝。

蓝晶石色丽透明的晶体可作宝石,以深蓝色为佳。美国北卡罗来纳州产有深蓝、绿色的宝石蓝晶石。晶体可磨制成刻面宝石或珠状,但很难琢磨和抛光。

蓝晶石矿物主要成分为蓝晶石和少量硅线石,副矿物成分为石英,次矿物为黑云母金云母、绿泥石。

蓝晶石的理论组成是为62.93-, 为37.07-。由于蓝晶石矿物晶体往往含有少量的副生矿物成分,所以一般情况下含量是达不到理论值的。对蓝晶石矿物的精矿来说,其含量为蓝晶石和杂质矿物之和。

蓝晶石是典型区域变质矿物之一,多由泥质岩变质而成。它主要形成于中级变质作用压力较高的条件下。存在于区域变质片岩和片麻岩和相关结晶花岗岩及石英岩脉。与石榴石十字石、云母和石英共生。

对称特点:点群1,空间群P1。

硬度:硬度在各个方向上显著不同,在发育完全的解理的面上,为4~5。在垂直晶体延长的方向为6~7,表现出极其显著的各向异性,故蓝晶石又名二 硬石。

比重:3.53~3.64。

解理:(100)解理完全,(010)解理中等到完全。

断口:易破碎。

颜色:一般呈蓝色,有时由于晶石上面有斑点,或纹理颜色不均匀,致使中部颜色较深。

条痕:不明显。

透明度:透明至半透明。

光泽:玻璃光泽,断口可具玻璃光泽至珍珠光泽

化学组成:天然产出的蓝晶石,往往接近于理想成分。 可含有 Cr 、 Fe 、 Ca 、 Mg 、 Ti 等元素。

结晶状态:晶质体

晶系:三斜晶系。

晶体习性:常呈柱状晶形,常见双晶

常见颜色:浅至深蓝、绿、黄、灰、褐、无色。

C轴方向: 4-5

垂直C轴方向: 6-7

密度: 3.68 (+0.01 ,0.12)

光性特征:非均质体,二轴晶,负光性。

折射率: 1.716 -1.731 (± 0.004 )。

双折射率: 0.012-0.017 。

紫外荧光:弱

长波:红

短波:无

吸收光谱:435nm,445nm 吸收带。

放大检查:固体矿物包体,解理,色带。

特殊光学效应:猫眼效应(稀少)。

优化处理:未知。

蓝晶石为岛状铝硅酸盐,属三斜晶系,沿C轴呈扁平长柱状。有时晶体的末端膨大呈帽状-晶面具有条纹-是一种变质矿物,主要产于区域变质结晶片岩中,其变质相由绿片岩相到角闪岩相

蓝晶石存在三种形态:

(1)针状和纤维状集合体

(2)富含蓝晶石的假象蓝晶石集合体

(3)蓝晶石结合矿

美国加利福尼亚州、衣阿华州、佐治亚州;加拿大、爱尔兰、法国、意大利、瑞士、印度、巴西、朝鲜,澳大利亚等。

中国从四十年代开始对蓝晶石矿产调查以来,特别是七十年代末到八十年代初,做了大量的普查勘探工作,发现蓝晶石矿20余处,分布十几个省区。主要矿床分布:江苏沭阳的韩山、河南隐山、河北邢台、内蒙古点布斯庙、新疆布拉盖、山西繁峙、安徽岳西和霍山、辽宁大荒沟、四川汶川、云南热水塘、吉林磐石、陕西洋县傥河口等

由于蓝晶石矿物的特性,故用来制造优良的高级耐火材料、耐火砂浆、水泥、铸造耐制品、塑料捣打混合料、技术陶瓷、汽车发动机的火花塞、绝缘体、球磨机球体、试验器皿,耐震物品等。并可用电热法炼制硅铝合金,应用于飞机、汽车、火车、船舶的部件上。随着钢铁工业的发展,此类矿以耐火砖,型材等形式制造热风炉、热风塔、再热炉、均热炉等的关键部位。制造窑炉设施,还可用于各种辅助性浇注和操作设备上。它们可以用于生产喷渡薄膜、制造结晶氟石和超音速飞机的前缘、宇宙飞船的金属附件,部分还可作宝石。此外可用作研磨料,作釉成分以及不滑的地板材料。

(1)利用蓝晶石高温一次永久性膨胀特性(直接加入不定形耐火材料、如浇注料、可塑料、胶泥中作高温膨胀剂)只要加入5-~15-就能提高制品的荷重软化温度耐压强度,改善烧后线变化指标,消除不定形耐火材料在高温和冷却过程中产生的收缩裂纹,剥落以及影响使用寿命等弱点#从而延长炉衬寿命

(2)用蓝晶石高铝矿物生产的铝酸盐纤维#可用于制作汽车、宇宙飞船和雷达的零部件。

(3)用蓝晶石煅烧形成的莫来石制作高级耐火材料,用于高温炉可使其炉龄延长5~6年,并节约能源。

(4)在高铝水泥中加入5-~15-的蓝晶石#可制成蓝晶石水泥,耐火温度高达1650℃,可应用于军工建筑。

蓝晶石矿物主要用作生产耐火材料、氧化铝硅铝合金金属纤维等用途。

因此世界上对蓝晶石类矿物的开发利用越来越重视,特别是几个发达的国家,如在日本,蓝晶石是耐火混凝土、可塑料、高铝水泥的重要原料。美国和一些国家用蓝晶石预烧制成各种牌号的莫来石质熟料,广泛地应用于陶瓷和精密铸造等部门。苏联用蓝晶石-硅线石精矿制造的轻质砖。采用蓝晶石作膨胀剂配制的不定型耐火材料在加热炉上的试用是成功的,其表面裂纹少,使用中跑火现象也少,使用效果较好。总之蓝晶石是不定型耐火材料良好的膨胀剂。

耐火材料

(1) 在高温下体积稳定,不收缩 。

(2) 比其他高铝耐火材料生成本低。

(3) 性能好。比粘土砖损耗低压43-,耐火度高达1825°C以上。

(4) 节约能源。热容比粘土砖高12-,用于马丁炉可缩短冶炼时间,能耗少。

(5) 加入不定形耐火材料中作高温膨胀剂,使产品在高温下不收缩和剥落 。主要应用于冶金、建材、机械、化工、轻工、核工业告等行业。

硅铝合金和金属纤维

(1) 比用合成法(用熔炼金属硅和电解铝)或用电热还原高岭土等方法成本低,经济效益高。

(2) 可满足制造汽车、宇宙飞船和雷达部件的特殊技术要求道的,冶金、机械、宇航等工业部门。

黑云石榴蓝晶石麻岩型矿石,主要矿物为蓝晶石、黑云母、斜长石。次要矿物为石英、绢(白)云母、石榴石、十字石等。

蓝晶石绿泥片岩型矿石,主要矿物为蓝晶石和绿泥石。次要矿物为斜长石、黑云母、白云母、石英,石墨等。

黄玉蓝晶石石英片岩型矿石,主要矿物为蓝晶石、石英、白云母。次要矿物为黄玉、金红石,黄铁矿等。

伟晶状蓝晶石矿石,主要矿物为石英、蓝晶石、次要矿物为绢(白)云母等。

蓝晶石矿物分子式、物理性能

矿物名称

分子式

晶系

晶形

硬度

比重

转变温度(℃)

体积膨胀(-)

蓝晶石

AL2(Si04)0

三斜

板状

5.5-7

3.56-3.68

1100-1480

16-18

蓝晶石矿物在高温下(1100-1650℃)煅烧转变为莫来石和熔融状游离二氧化硅(方石英),同时产生不同程度的体积膨胀。

莫来石具有很高的耐火度(1800℃时仍很稳定),化学惰性和良好的机械强度。其矿物性质如下:密度(3.16)莫氏硬度(6-7)耐火度(1800°C时仍很稳定,1810°C分解为刚玉和液相)。

三类变态

蓝晶石是一种变质矿物,主要产于区域变质结晶片岩中,其变质相由绿片岩相到角闪岩相。根据含蓝晶石的形态特点,将蓝晶石矿分成如下三类变态 :

(1)针状和纤维状集合体(纤维针状矿石)。

(2)富含空晶石的假象蓝晶石集合体(假象型矿石)。

(3)蓝晶石结核矿(结核型矿石)。如矿床同时含有上述三种变态,这类矿属于混合型。

矿床工业类型

蓝晶石矿床工业类型主要有:黑云石榴蓝晶石片麻岩型、蓝晶石绿泥片岩型、黄玉蓝晶石石英片岩型,伟晶状蓝晶石型。

黑云石榴蓝晶石片麻岩型矿床产于太古代变质岩系中,含矿岩石以蓝晶石、石榴石、黑云母斜长麻岩为主。单晶石矿体呈层状、或大的扁豆体。单个矿体一般延长数百米,蓝晶石含量10-25-。

蓝晶石绿泥片岩型矿石产于太古代,蓝晶石不均匀地分布在绿泥片岩中。矿体呈透镜状,蓝晶石含量由百分之几到百分之二十几。原岩含镁较高,有时含有微量刚玉。

黄玉蓝晶石石英片岩型矿床产于元古代石英岩中,矿石以蓝晶石石英片岩为主。有时有蓝石云母石英片岩,蓝晶石含量10-30-,含有少量黄玉,并见有沿裂隙分布的放射聚晶状叶腊石

伟晶状蓝晶石矿床,矿体呈不连续的小扁豆体,分布在古生代黑云母片岩中,矿石组成简单,蓝晶石晶体一般在5厘米以上。

蓝晶石在高温下是不稳定相。当加热到一定温度时,转化为莫来石和玻璃聚合体

即蓝晶石在高温锻烧时,于1100开始分解,至1300蓝晶石分解加剧,有大量莫来石生成。1350时分解速度加快,并以1450完全分解,当温度达到1500,开始出现石英玻璃以及纤维状莫来石晶体。方石英形成在1450以下,这就是说,蓝晶石在高温下分解出来的SiO2,在蓝晶石完全分解的温度以下,以方石英相形式存在。

随煅烧温度的升高,蓝晶石分解有如下特点:

1、蓝晶石开始分解温度始于1100左右。

2、蓝晶石显著分解温度为1300或1360,此时生成的莫来石达到理论生成量的3/4,含量大于60-。显著分解的温度范围是1300-1450或1350-1450。

3、蓝晶石完全分解的温度大于1450。

蓝晶石在不同煅烧温度的膨胀性受其莫来石化制约。蓝晶石的膨胀性随温度的提高分为三个阶段:

1、膨胀平缓期:

温度1100-1300(或1350),此阶段体积膨胀不大,蓝晶石缓慢分解,莫来石化不完全,晶体微小。

2、膨胀剧化期:

温度1300-1450(1350-1450),此阶段体积膨胀很大,蓝晶石快速分解,莫来石化渐趋完全。

3、膨胀下降期:

温度高于1450,在此阶段,蓝晶石已完全分解,莫来石化完全,晶体发育。相变阶段结束向烧结过渡,物料膨胀下降乃至产生收缩。

决定蓝晶石矿床工业价值的主要因素,为含矿率(即矿床蓝晶石矿物含量)和矿物化学成分与物理性能。矿床的一般工业要求见下表:

原矿含量和开采技术条件( 蓝晶石)

边界品位(-):≥5

工业品位(-):≥10

可采厚度(m):≥1-2

夹石剔除厚度(m):≥1-2

注:圈定矿体时,须按蓝晶石矿物含量5-10-,>10-15-,>15-20-,>20-分别试圈并计算储量。

(1) 热膨胀性

蓝晶石矿物在加热过程中转化为莫来石和蓝晶石的混合物。在这个转化过程中,矿物伴随着体积膨胀,并且形成良好的英来石针状网络,体积膨胀率16-18-。

蓝晶石 加热至1000℃无变化,在1300℃以上逐渐转变为莫来石和白硅石。蓝晶石在转化为莫来石的过程中将产生一定的体积膨胀、体积膨胀分:平缓期、剧化期、下降期、平缓期。

当温度在1100~1300℃时,试样体积膨胀不大,蓝晶石分解缓慢,莫来石化不完全,晶体微小剧化期,当温度达到1300~1450℃时,蓝晶石快速分解,莫来石化渐趋完全,体积膨胀很大,约在1450℃时达到最大下降期。当温度超过1450℃时,蓝晶石已完全分解,莫来石化完成晶体开始发育物料基本不再膨胀,甚至产生收缩,
  蓝晶石的膨胀性是评价其质量的重要依据。蓝晶石颗粒越大,体积膨胀也越大,反之则小’蓝晶石的膨胀性不仅与颗粒有关,同时也与纯度有关,纯度越高,膨胀也就越大,并随Al2O3含量增高,其线膨胀也增大。

(2) 稳定性

蓝晶石矿物生产耐火材料稳定性比粘土质耐火材料高1.5倍。蓝晶石耐火砖比粘土砖的损耗低43-,比粘土砖寿命长150-200炉。

(3) 耐火度高

一般粘土质耐火材料的耐火度为1670-1770℃,而蓝晶石的耐火材料通常大于1790℃,最高大于1850℃。

(4) 不可逆性

蓝晶石矿物煅烧成莫来石,是一个不可逆的转化。在温度1810℃以下它是稳定的。因此莫来石耐火材料具有高温下体积稳定、膨胀率低、抗化学腐蚀性强、机械强度高和抗热冲击能力强的特点。

蓝晶石矿物的选矿,一般使用浮选、磁选、重选三种方法。也有采用电选方法,但常以重选浮选为主。磁选作为除杂手段。具体的选矿方法、药剂制度、选别流程要根据矿床特征、矿石组成、结构构造、围岩性质等情况而定。细粒嵌布的蓝晶石矿石,主要采用浮选方法。因为蓝晶石矿物与脉石矿物与脉石矿物的比重不大,一般不考虑重选。

混合型蓝晶石矿石,包括粗粒嵌布和细粒嵌布的两种类型的矿石,可采用重浮联合流程。

有用元素及主要伴生元素对原料的影响

蓝晶石原料化学成分直接影响着蓝晶石耐火度,膨胀率和各制品的性能。为保证耐火制品具有高温条件下的良好性能,对原料化学成分,尤其是铝、、钛、碱金属等的含量均有比较严格的要求。该原料用于其它方面的要求并不象用于耐火材料和冶炼铝硅合金那样严格,如用于铸钢和铸铁中的防粘沙物原料,要求 3-、4-对铁和钢的铸件都没有什么影响。如果呈金红石状态存在,其含量即使很多,对铸件也不会产生坏的影响。

国家标准

中国蓝晶石矿物的利用,尚处于初级阶段,对原料化学成分的要求,还没有制定统一的国家标准。

部颁标准

中国对蓝晶石矿物精矿化学成分的要求,是按原地质部和冶金部1981年“东海会议”制定的详查阶段对精矿产品的一般参考指标,见下表:

成分

含量(-)

≥55-60

<42

<1.5

<1.5

<1

企业标准

中国对蓝晶石矿作了一些工作,结合用户要求,制定企业标准,见下表:

成分

用途

Al2O3

SiO2

Fe2O3

TiO2

Na2O+K2O

耐火度(°C)

高级耐火材料

>50

<1-2

<1-1.5

≥1790

技术陶瓷原料

>55

<0.5-0.15

<0.5

硅铝合金原料

>58

<37

<1.5

耐火材料(宝刚)

≥60

≤1.5

<2.0

≥1825

综合利用技术方法及工艺流程

蓝晶石矿物的选矿,一般使用浮选、磁选、重选三种方法,也有采用电选方法,但常以重选浮选为主。磁选做为除杂手段。原则工艺流程见下图1所示。

粗粒嵌布蓝晶石矿石,包括粗粒级和细粒结核状矿石,合理的选矿工艺是重选或重浮联合。首先将矿石分成粗细两个粒级,粗粒级用重选摇床处理,细粒级浮选法回收。

入选粒度:粗粒35-65目,细粒-65目。流程的最大特点是避免了粗粒蓝晶石的过粉碎,提高了回收率,同时也保证了精矿中大于65目的蓝晶石矿物粒度。原则工艺流程见下图2所示 。

混合型蓝晶石矿石,包括粗粒嵌布和细粒嵌布的两种类型的矿石,可采用重浮联合流程(见下图3)。也可采用分级浮选法,选矿流程为:脱泥后的物料分成+60目和-60目二个粒级,然后分别进行浮选,其优点是粗粒蓝晶石回收率高。原则工艺流程如下:

开发生产实例

蓝晶石矿物的主要生产国有美国、原苏联、印度、南非、法国、加拿大、澳大利亚等国。中国对蓝晶石矿石的选矿研究始于70年代末,只有少数几个矿山建有选矿厂。下面介绍中国河北魏鲁蓝晶石矿开发生产情况。

(1)原矿性质

该矿区蓝晶石赋存于石榴黑云斜长片麻岩中。根据矿石的基本性质及矿物成分,矿石可分为三个基本自然类型:①含石榴蓝晶黑云斜长片麻岩。

②含石墨蓝晶黑云斜长片订岩。

③含石榴蓝晶黑云变质岩。其中含石榴蓝晶黑云斜长片麻岩为本区主要的矿石自然类型。矿石的矿物组成见下表。原矿的化学成分见下表:

化学成份

SiO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

TiO2

CaO

MgO

K2O

Na2O

含量(-)

54.34

25.51

1.62

5.11

1.09

0.49

1.87

4.25

0.88

(2)工艺流程

魏鲁蓝晶石选厂采用磁选一浮选流程。选矿工艺流程见下图。原矿磨至-0.2mm,脱泥后进行磁选作业,磁选精矿进入重选(摇床)作业,获得铁铝榴石精矿。磁选尾矿作为浮选蓝晶石原料。浮选是在常温下用石油磺酸钠作捕收剂,硫酸作pH值调剂(pH=23)。经一粗一精选别作业,再经脱泥后得到蓝晶石精矿。

魏鲁蓝晶石矿选矿工艺流程

(3)产品规格

魏鲁蓝晶石矿除生产蓝晶石浮选精矿外,还生产颗粒较大、品位较高的手选蓝晶石精矿。产品规格见图:

魏鲁蓝晶石矿产品规格

(4)技术经济指标 魏鲁蓝晶石矿技术经济指标(1989年)见下表。

项目

单位

指标

原矿处理量

Kt/a

30

精矿产量

t/a

3000

矿石粒度

原矿粒度

mm

300

入磨粒度

mm

20

入选粒度

-200目含量(-)

50

矿石品位

原矿

-

精矿

-

尾矿

-

选矿比

≥10

选矿回收率

-

≥70

药剂耗量

石油磺酸钠

g/t

1500

硫酸

g/t

1000

开发现状

随着工业利用范围的扩大,蓝晶石精矿需求量将会不断增长,其增长率一般每年为5-7-。在钢铁工业方面增长率每年为10-。预计明年中国冶金工业需用蓝晶石量可达4-6万吨。电器、无线电、化学瓷、高强瓷等行业需用蓝晶石量可达1.4万吨。若加强出口能力,约为3万吨

蓝晶石开发利用存在产品与市场需求不对路的局面,高质量蓝晶石产品供不应求。低质量蓝晶石产品已趋饱和,造成市场缺口较大。应加强选矿技术研究,开发出经济上合理的高质量蓝晶石产品生产技术,改变供求矛盾。

趋势

(1)蓝晶石精矿在钢铁工业、制备地板和墙体耐火砖等方面的用量将有较大增长。在玻璃和陶瓷工业方面的用量将处于稳定状态。

(2)对蓝晶石精矿的要求主要是向高纯度方向发展,其制品向多种和高质量方面发展。

(3)重选及反浮选工艺用于超纯度蓝晶石精矿的生产是有发展前途的,应加强应用技术研究及生产转化。

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