淺談印度鉀長石的特性及其工業(yè)應用

朱文

（矽比科嘉窯新會礦業(yè)有限公司，江門　529149）

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淺談印度鉀長石的特性及其工業(yè)應用

朱文

（矽比科嘉窯新會礦業(yè)有限公司，江門529149）

鉀長石是重要的工業(yè)原料，而目前國內(nèi)優(yōu)質(zhì)鉀長石的礦源越來越緊張。因此，選用適合的鉀長石，并運用于工業(yè)生產(chǎn)中以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，顯得日益重要。本文對印度鉀長石理化性能進行了對比，并對其應用進行展望以及預測了國內(nèi)外鉀長石市場的發(fā)展趨勢。

鉀長石；陶瓷；玻璃；工業(yè)應用

1　引言

長石是地殼中儲量最豐富、分布最廣的造巖礦物之一，廣泛產(chǎn)于各種成因類型的巖石中，約占地殼中礦物組成的60%，主要是由鉀、鈉、鈣、鋇的鋁硅酸鹽組成的一族礦物，與石英類似地具有架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，其四面體中的Si4+被Al3+代替，出現(xiàn)多余的負電荷，需要帶有陽離子Na+、Ca2+、K+、Ba2+等加入進行補償保持礦物中電性，形成鋁硅酸鹽，所以長石的化學成份為不含水的堿金屬與堿土金屬的鋁硅酸鹽類。

長石的主要礦床有偉晶巖、風化花崗巖、細晶巖（半風化花崗巖），此外還有長石質(zhì)陶石、鉀質(zhì)流紋巖、與蛇紋巖伴生的鈉長石、霞石閃長巖和白崗巖等。按其化學成份和結(jié)晶特征，可以分為兩個亞族：鉀鈉長石和斜長石亞族。自然界產(chǎn)出的鉀長石都混有鈉長石，所以常稱的鉀長石也稱為正長石，屬單斜晶系，通常呈肉紅色、淺黃白色或灰色，密度2.54～2.57g/cm3、比重2.56～2.59、莫氏硬度6～7，其理論成份為SiO264.7%、Al2O318.4%、K2O 16.9%。表1是按化學成份分類的長石族礦物。［1-2］

表1　三種長石的理論化學組成（wt%）

長石礦物富含鉀、鈉等堿金屬，具有熔融溫度低，熔融間隔長以及熔融黏度高等特點，因而具有較強的助熔性和較高的化學穩(wěn)定性。因此，可廣泛地用于玻璃、陶瓷等建材工業(yè)。而工業(yè)應用中對長石原料的含鐵量有一定的限制，其工業(yè)產(chǎn)品等級越高，對長石粉的含鐵量要求越嚴格。近年來，低鐵鉀長石的需求量越來越大。受資源限制，高質(zhì)量的鉀長石供不應求。我國鉀長石源豐富，但是可直接開采并應用的低鐵鉀長石資源并不多，大多數(shù)礦石需除鐵降硅提純，方能滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。國內(nèi)建材行業(yè)對長石產(chǎn)品的化學組成要求參考表2。

顯然，長石是陶瓷和玻璃制造業(yè)的一種重要原料。然而，尋找到一個具有低鐵、極少云母含量和高燒成白度等特點的長石礦床決非易事。在亞洲，能同時大量提供鈉長石和鉀長石的占有主導地位的國家是中國，其次為泰國和印尼。由于具有優(yōu)質(zhì)的原料、富于競爭性的價格和企業(yè)經(jīng)營活動的快速發(fā)展，印度現(xiàn)已經(jīng)成為長石（尤其是鉀長石）新的重要供應國［3］。因此，本文對印度鉀長石的技術(shù)性能指標及其工業(yè)應用進行簡單闡述，并對鉀長石市場前景進行預測分析。

表2　玻璃與陶瓷工業(yè)級長石主要化學成份要求（wt%）

2　印度鉀長石礦物性質(zhì)及其工藝特征

2.1印度鉀長石礦物性質(zhì)及技術(shù)指標

印度鉀長石礦床多以偉晶巖產(chǎn)出，儲量豐富，質(zhì)地純凈，石英及云母含量極少。目前，矽比科印度礦業(yè)有限公司采用干法破碎分選選礦加工工藝，其生產(chǎn)效率高，容易實現(xiàn)自動化控制及操作，具備完善的質(zhì)量檢測設(shè)備和質(zhì)量控制手段，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。經(jīng)采用XRF、XRD、SEM等先進測試儀器和設(shè)備對幾種常見鉀長石的化學成份、礦物組成、顆粒形貌、粒度分布等理化性能進行比較分析（見表3、表4），可以發(fā)現(xiàn)矽比科印度鉀長石的氧化鋁量接近18%，氧化鉀含量大于11.5%，鈉含量低于3.0%，氧化鐵鈦含量低于0.10%，燒后白度達到70，達到中國陶瓷工業(yè)應用I級品標準。印度鉀長石粒徑控制范圍如表5所示。顆粒形貌分析如圖1所示。

表3　幾種常見鉀長石的化學成份組成（Sibelco CMTCPanalytical XRF 4400/24，wt%）

表4　幾種常見鉀長石的礦物組成（Sibelco CMTC XRD，wt%）

表5　印度鉀長石粒徑控制范圍（Sibelco CMTC BT-9300H）

圖1　顆粒形貌分析（Sibelco CMTC,SEM FEI Inspect20kV 30Pa，X2000）

2.2印度鉀長石工藝特征

印度鉀長石采用物理選礦加工方法。首先是在初破采場手選；然后經(jīng)過中碎、細碎后進行光電選礦除雜，再進入細磨加工工序；最后符合粒度要求的精礦進篩分、分級等工序，并聯(lián)合采用磁選工藝除去鐵礦物等雜質(zhì)。經(jīng)實驗測試，印度鉀長石適合于國內(nèi)陶瓷、玻璃等建材行業(yè)的使用要求［4-6］，具有以下工藝特征：

（1）適中的熔點和很寬的熔融間隔。印度鉀長石的開始熔融溫度約為1150℃，熔點達到1260℃，具有很寬的熔融范圍,有利于燒成控制，適合于快速燒成工藝。

（2）較高的高溫熔液黏度。長石熔融黏度取決于礦石的礦物組成、化學成份及熔融溫度。在同一溫度下，印度鉀長石形成玻璃相熔液的黏度比普通鉀長石及鈉長石的大，而且隨著溫度增高，熔液黏度變化較緩慢，有利于防止高溫變形和熔液過渡流淌所造成的缺陷，工業(yè)用途更為廣泛。

（3）良好的化學穩(wěn)定性和耐化學腐蝕性。鉀長石玻璃具有高度的化學穩(wěn)定性，除高濃度的硫酸和氫氟酸外，不受其它任何酸、堿的腐蝕。

（4）較強的助熔性。鉀長石熔融體對其它物質(zhì)有助熔作用，能促使高嶺土殘余物的顆粒相互擴散滲透，加速莫來石晶體的生成及發(fā)育，同時降低了陶瓷制品的成瓷溫度。

（5）較好的易磨性和可碾性。印度鉀長石的解理發(fā)育較為完整，有較好的易磨性和可碾性。同時由于顆粒形貌較為完整，顆?；緹o裂隙空洞，因而吸附的雜質(zhì)也會比較少。

（6）按表5工藝技術(shù)指標進行生產(chǎn)制造的印度鉀長石具有很寬的燒結(jié)溫度范圍，可用于制造較薄的坯體。同時，坯體變形度小，有利于顏料和釉料分布均勻并有助于陶瓷釉的表面光滑平整。

（7）優(yōu)良的光學性能。印度鉀長石含氧化鐵及氧化鈦量非常低，基本上不含白云母等雜質(zhì)，有利于提高制品的白度和透光性，特別適合于高檔精細瓷釉的生產(chǎn)。

（8）穩(wěn)定的化學成份組成。印度鉀長石鉀含量大于11.0%，鋁含量接近18%，鈉含量小于3.5%，硅含量低于70%，鐵鈦含量低于0.15%。從礦物組成表看出，印度鉀長石不包含有害雜質(zhì)云母類礦物，主要礦物分子為鉀長石和鈉長石，游離石英低于5%。

3　印度鉀長石的工業(yè)應用前景及展望

由于印度鉀長石具有化學組成穩(wěn)定，粉體粒徑控制良好，鋁含量高、鉀含量高、鐵鈦含量低、表觀白度及燒后白度高等特點，可廣泛應用于玻璃、陶瓷、熔塊及釉料等行業(yè)。

3.1印度鉀長石在玻璃行業(yè)中的應用

鉀長石是玻璃混合料的主要成份之一,在玻璃工業(yè)中的用量約占鉀長石總用量的50%～60%。主要作用有［5］：①鉀長石富含Al2O3，鐵含量低，能夠提供玻璃配料中所需的Al2O3，且比工業(yè)氧化鋁易熔，熔融溫度低，熔融范圍寬，因此可以降低玻璃的熔融溫度，減少純堿用量，而且鉀長石中的鋁代替了部分硅，可提高玻璃的韌性、強度和抵抗酸堿侵蝕的能力。②鉀長石熔融后變成玻璃的過程比較緩慢，結(jié)晶能力小，可防止玻璃形成過程中析出晶體而影響正常生產(chǎn)或玻璃缺陷。③可調(diào)節(jié)玻璃液的黏度，提高玻璃的工藝加工適應性。鉀長石作為玻璃基礎(chǔ)原料的地位現(xiàn)在正受到?jīng)_擊。鉀長石中含有較多的R2O（主要為K2O和Na2O），因而只能在含R2O的玻璃中引用；化學成份波動大，不易控制；雜質(zhì)通常有粘土、云母、氧化鐵等，它們對玻璃質(zhì)量均有一定的影響［6］。因此對鉀長石在玻璃工業(yè)中的應用提出更高的要求。①在選礦加工方面，印度鉀長石原料滿足國家對玻璃級鉀長石的質(zhì)量要求（SiO2＜70%、Al2O3＞18%、Fe2O3＜0.2%）；其化學成份穩(wěn)定、水分穩(wěn)定、顆粒組成均勻、雜質(zhì)和著色礦物（主要是Fe2O3）少。鉀長石提純技術(shù)的主要發(fā)展趨勢應著眼于微細粒選礦提純和綜合力場（重力、離心力、磁力、電力、化學力）精選技術(shù)［7］。②在玻璃生產(chǎn)工藝方面，研究鉀長石原料的工藝參數(shù)，使其便于在日常生產(chǎn)中調(diào)整玻璃成份，適于熔化和澄清。鉀長石礦物的研究工作必將推動玻璃工業(yè)的發(fā)展，使玻璃作為功能材料進入新的發(fā)展階段。

3.2印度鉀長石在傳統(tǒng)陶瓷行業(yè)中的應用

鉀長石在陶瓷工業(yè)中的用量約占鉀長石總用量的30%。鉀長石在陶瓷三組分（即粘土、石英、長石）坯料體系中，除可供給Al2O3和SiO2外，還可提供堿金屬氧化物，既是瘠性原料，又是熔劑性原料。鉀長石在燒成前能起瘠性原料的作用，減少坯體的干燥收縮和變形，改善干燥性能，縮短干燥時間；在燒成時可作為熔劑降低燒成溫度，促使石英和高嶺土熔融，并在液相中互相擴散滲透而加速莫來石的形成，而且所形成的長石玻璃體充填于坯體的莫來石晶粒之間，使坯體致密而減少空隙，從而提高其機械強度和介電性能。此外,長石玻璃的生成還能提高坯體的透光性和透明度，賦予坯體較高的機械強度和化學穩(wěn)定性［4］。

陶瓷釉料主要由長石、石英和黏土原料配成，其中最常用的鉀長石用量可達到10%～35%，是形成玻璃相的主要成份，具有很寬的熔融范圍和較大的高溫黏度，能拓寬釉料的熔化成熟溫度范圍，有利于成瓷和降低燒成溫度，提高釉層光澤度、透明度和平滑度，改善釉層化學穩(wěn)定性，提升產(chǎn)品檔次和質(zhì)量水平。同時，采用鉀長石作為主要原料以代替純堿、葉臘石、工業(yè)氧化鋁等價格較高的工業(yè)原料，有助于降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品綜合競爭力。

按傳統(tǒng)使用習慣，一般情況下陶瓷衛(wèi)生潔具和日用陶瓷行業(yè)對長石原料均要求具有較高的K2O/Na2O比例，因而對鉀長石原礦的地質(zhì)條件和礦產(chǎn)加工就會非?？量獭．斎?，有些加工企業(yè)會選用化學藥劑進行浮選精選加工，以獲得較高的K2O/Na2O比例。這樣就會帶來其他負面的影響，比如化學藥浮選藥劑的殘留用戶產(chǎn)品質(zhì)量的影響以及鉀長石加工處理過程的環(huán)保排放等問題［8-9］。很多研究者和使用者在生產(chǎn)和科研實踐中逐步證明，鉀長石中的K2O/Na2O比例不是影響其作用的關(guān)鍵因素，與此相反的是其顆粒度分布、粒徑大小、含雜質(zhì)量以及整體配方組成和工藝條件對釉面質(zhì)量、瓷件坯料理化性能等有直接的關(guān)系和重大的影響。由于國內(nèi)具有高品質(zhì)的鉀長石礦越來越少，而其消耗量逐年增加。因此，改變傳統(tǒng)的使用習慣，提高對鉀長石使用的認識對我國鉀長石礦產(chǎn)加工企業(yè)以及廣大用戶來講具有相當廣泛的意義和深遠的影響。

3.3印度鉀長石在其他行業(yè)中的應用［10］

印度鉀長石具有優(yōu)異的表觀白度和粉體粒徑組成，可作為造紙業(yè)的填料使用；磨碎的長石還可用作乳膠、涂料和丙烯類物質(zhì)的填充料；用于焊條藥皮的混合料，可以起到電弧穩(wěn)定劑和焊接液池保護劑的作用；用于生產(chǎn)制造陶瓷纖維以及制造特種過濾材料，也可用作絕熱、電絕緣和隔音材料；與其他礦物原料摻配成琺瑯，用于搪瓷釉生產(chǎn)，鉀長石摻人量通?？梢赃_到為20%～30%；在制作磨輪時常用作陶質(zhì)膠結(jié)物成份，其含量為28%～45%；作為生產(chǎn)白水泥的原料之一?？偠灾?，印度鉀長石具有非常廣闊的工業(yè)應用價值。

4　鉀長石市場預測

目前鉀長石主要用于玻璃、陶瓷、色釉料等三大行業(yè)，因此這“三大行業(yè)”的發(fā)展前景也就決定了長石行業(yè)的發(fā)展前景。許多統(tǒng)計表明，世界市場長石的年消費量達700萬t，中國是世界及亞洲陶瓷用長石市場的主要力量，其產(chǎn)量和消費量十分可觀，今后十年陶瓷用長石生產(chǎn)將會有高速的增長［11］。

4.1玻璃行業(yè)

玻璃行業(yè)是目前鉀長石消耗量最大的行業(yè)，其消耗量約占長石總消耗量的55%。在玻璃行業(yè)的細分行業(yè)中，排名前三位的建筑玻璃行業(yè)、家電玻璃行業(yè)、太陽能玻璃占到了玻璃行業(yè)的92%以上。從目前的情況來看，玻璃行業(yè)正在回暖。2011年，全國平板玻璃的產(chǎn)量為7.38億重量箱，基本完成了國家“十二五”規(guī)劃要求，在2015年之前，平板玻璃年產(chǎn)量將會達到7.6億重量箱。而在2015年～2020年的五年間，玻璃行業(yè)將會有極大的增長。中國現(xiàn)在的城市化率約為45%，預計在2030年要達到70%。因此，建筑業(yè)的發(fā)展不僅不會停滯，反而會更加火熱。而伴隨著城市化的發(fā)展，家電、太陽能的普及以及更新?lián)Q代更是大大刺激了對玻璃行業(yè)的需求。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預計，2015～2020年，平板玻璃的產(chǎn)量將達到10億重量箱，甚至有望突破12億重量箱。

4.2傳統(tǒng)陶瓷及熔塊釉料行業(yè)

傳統(tǒng)陶瓷行業(yè)鉀長石消耗量約占長石總消耗量的35%。陶瓷行業(yè)最重要的部分是建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷以及日用陶瓷，三者總共能占到陶瓷行業(yè)需求量的85%以上。2011年，國內(nèi)建筑陶瓷的生產(chǎn)量為90億m2，衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)量約1.4億件，到2015年建筑陶瓷磚產(chǎn)量達到95億m2，衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量達到2億件左右的要求。而隨著城市化進程的推進，以及居民生活水平和要求的不斷提高，預計到2020年，我國建筑陶瓷的生產(chǎn)量將會達到130億m2（現(xiàn)已具備115億m2的生產(chǎn)能力，開工率為78%），衛(wèi)生陶瓷達到2.5億件［11］。因而，鉀長石的需求量必定會持續(xù)增長。

4.3其他行業(yè)

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，著重研究鉀長石在粉體范圍內(nèi)的顆粒度、顆粒形狀、顆粒分布、比表面積等特性以及化學穩(wěn)定性，以突破傳統(tǒng)陶瓷的局限，拓寬其在其他行業(yè)的應用和工業(yè)價值，將鉀長石應用于技術(shù)陶瓷、玻璃熔劑、搪瓷原料、磨料磨具、玻璃纖維、電焊條等行業(yè)，市場前景廣闊。

5　結(jié)語

印度鉀長石礦源儲量大，品質(zhì)純凈穩(wěn)定，采用自動化選礦連續(xù)式干法粉磨加工工藝，具有完善的檢測設(shè)備和質(zhì)量控制體系，有利于穩(wěn)定其化學組成和礦物組成，提高產(chǎn)品精細化率，并通過高度自動化連續(xù)式粉磨分選設(shè)備控制粉體粒徑達到客戶使用要求。

隨著經(jīng)濟和社會發(fā)展水平的提高，用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，將促使長石加工和制造商繼續(xù)采用先進技術(shù)，改進其礦山設(shè)計、粉磨工藝和粉磨產(chǎn)品的包裝，并確保產(chǎn)品質(zhì)量的均勻一致性和長期穩(wěn)定性。同時，由于生產(chǎn)成本,如：勞動力、能源等越來越高，大多數(shù)廠家正在尋求具有不同粒度分布和穩(wěn)定化學組成的長石產(chǎn)品，以達到最優(yōu)化生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)系統(tǒng)能耗的目標。因此，長石加工行業(yè)內(nèi)各廠商之間的競爭將會更加劇烈并長期存在。

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Introduction of India Potash Feldspar and It's Applications in Industry

ZHUWen
（Sibelco Gilfair XinhuiMinerals Company Limited,Jiangmen529149）

Potash feldspar is a kind of importantnon-metallic ore resources,Along with the development of science technology，potash feldspar had a comprehensive utilization in the industrial system.Although the utilization of potash feldspar for producing glass，ceramic，fertilizer et. were very elegant and advanced at present in China，there're seldom suitable high quality potash feldspar in recent years.Wewill introduce a high quality,very purified potash feldspar to be utilized in the industrial system as ceramic,glass and fertilizer et.Also wemake a good look into the futuremarketand demand for India potash feldspar.

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