淺談印度鉀長石的特性及其工業應用

朱文

（矽比科嘉窯新會礦業有限公司，江門　529149）

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淺談印度鉀長石的特性及其工業應用

朱文

（矽比科嘉窯新會礦業有限公司，江門529149）

鉀長石是重要的工業原料，而目前國內優質鉀長石的礦源越來越緊張。因此，選用適合的鉀長石，并運用于工業生產中以提高產品質量，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外鉀長石市場的發展趨勢。

鉀長石；陶瓷；玻璃；工業應用

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構，其四面體中的Si4+被Al3+代替，出現多余的負電荷，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），此外還有長石質陶石、鉀質流紋巖、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定性。因此，可廣泛地用于玻璃、陶瓷等建材工業。而工業應用中對長石原料的含鐵量有一定的限制，其工業產品等級越高，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，大多數礦石需除鐵降硅提純，方能滿足工業生產需求。國內建材行業對長石產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。由于具有優質的原料、富于競爭性的價格和企業經營活動的快速發展，印度現已經成為長石（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性能指標及其工業應用進行簡單闡述，并對鉀長石市場前景進行預測分析。

表2　玻璃與陶瓷工業級長石主要化學成份要求（wt%）

2　印度鉀長石礦物性質及其工藝特征

2.1印度鉀長石礦物性質及技術指標

印度鉀長石礦床多以偉晶巖產出，儲量豐富，質地純凈，石英及云母含量極少。目前，矽比科印度礦業有限公司采用干法破碎分選選礦加工工藝，其生產效率高，容易實現自動化控制及操作，具備完善的質量檢測設備和質量控制手段，產品質量穩定。經采用XRF、XRD、SEM等先進測試儀器和設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），可以發現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，并聯合采用磁選工藝除去鐵礦物等雜質。經實驗測試，印度鉀長石適合于國內陶瓷、玻璃等建材行業的使用要求［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，工業用途更為廣泛。

（3）良好的化學穩定性和耐化學腐蝕性。鉀長石玻璃具有高度的化學穩定性，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，因而吸附的雜質也會比較少。

（6）按表5工藝技術指標進行生產制造的印度鉀長石具有很寬的燒結溫度范圍，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，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。

（8）穩定的化學成份組成。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　印度鉀長石的工業應用前景及展望

由于印度鉀長石具有化學組成穩定，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。

3.1印度鉀長石在玻璃行業中的應用

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或玻璃缺陷。③可調節玻璃液的黏度，提高玻璃的工藝加工適應性。鉀長石作為玻璃基礎原料的地位現在正受到沖擊。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；雜質通常有粘土、云母、氧化鐵等，它們對玻璃質量均有一定的影響［6］。因此對鉀長石在玻璃工業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量要求（SiO2＜70%、Al2O3＞18%、Fe2O3＜0.2%）；其化學成份穩定、水分穩定、顆粒組成均勻、雜質和著色礦物（主要是Fe2O3）少。鉀長石提純技術的主要發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［7］。②在玻璃生產工藝方面，研究鉀長石原料的工藝參數，使其便于在日常生產中調整玻璃成份，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的發展，使玻璃作為功能材料進入新的發展階段。

3.2印度鉀長石在傳統陶瓷行業中的應用

鉀長石在陶瓷工業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，改善釉層化學穩定性，提升產品檔次和質量水平。同時，采用鉀長石作為主要原料以代替純堿、葉臘石、工業氧化鋁等價格較高的工業原料，有助于降低生產成本，提高產品綜合競爭力。

按傳統使用習慣，一般情況下陶瓷衛生潔具和日用陶瓷行業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條件和礦產加工就會非常苛刻。當然，有些加工企業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品質量的影響以及鉀長石加工處理過程的環保排放等問題［8-9］。很多研究者和使用者在生產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鍵因素，與此相反的是其顆粒度分布、粒徑大小、含雜質量以及整體配方組成和工藝條件對釉面質量、瓷件坯料理化性能等有直接的關系和重大的影響。由于國內具有高品質的鉀長石礦越來越少，而其消耗量逐年增加。因此，改變傳統的使用習慣，提高對鉀長石使用的認識對我國鉀長石礦產加工企業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中的應用［10］

印度鉀長石具有優異的表觀白度和粉體粒徑組成，可作為造紙業的填料使用；磨碎的長石還可用作乳膠、涂料和丙烯類物質的填充料；用于焊條藥皮的混合料，可以起到電弧穩定劑和焊接液池保護劑的作用；用于生產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，鉀長石摻人量通常可以達到為20%～30%；在制作磨輪時常用作陶質膠結物成份，其含量為28%～45%；作為生產白水泥的原料之一?？偠灾?，印度鉀長石具有非常廣闊的工業應用價值。

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，因此這“三大行業”的發展前景也就決定了長石行業的發展前景。許多統計表明，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，其產量和消費量十分可觀，今后十年陶瓷用長石生產將會有高速的增長［11］。

4.1玻璃行業

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

4.2傳統陶瓷及熔塊釉料行業

傳統陶瓷行業鉀長石消耗量約占長石總消耗量的35%。陶瓷行業最重要的部分是建筑陶瓷、衛生陶瓷以及日用陶瓷，三者總共能占到陶瓷行業需求量的85%以上。2011年，國內建筑陶瓷的生產量為90億m2，衛生陶瓷的生產量約1.4億件，到2015年建筑陶瓷磚產量達到95億m2，衛生陶瓷產量達到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量將會達到130億m2（現已具備115億m2的生產能力，開工率為78%），衛生陶瓷達到2.5億件［11］。因而，鉀長石的需求量必定會持續增長。

4.3其他行業

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

5　結語

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

隨著經濟和社會發展水平的提高，用戶對產品質量要求越來越高，將促使長石加工和制造商繼續采用先進技術，改進其礦山設計、粉磨工藝和粉磨產品的包裝，并確保產品質量的均勻一致性和長期穩定性。同時，由于生產成本,如：勞動力、能源等越來越高，大多數廠家正在尋求具有不同粒度分布和穩定化學組成的長石產品，以達到最優化生產效率和降低生產系統能耗的目標。因此，長石加工行業內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.

India potash feldspar；ceramic；glass；frit and glaze；industry application