浅谈印度钾长石的特性及其工业应用

朱文

（矽比科嘉窑新会矿业有限公司，江门　529149）



浅谈印度钾长石的特性及其工业应用

朱文

（矽比科嘉窑新会矿业有限公司，江门529149）

钾长石是重要的工业原料，而目前国内优质钾长石的矿源越来越紧张。因此，选用适合的钾长石，并运用于工业生产中以提高产品质量，降低成本，显得日益重要。本文对印度钾长石理化性能进行了对比，并对其应用进行展望以及预测了国内外钾长石市场的发展趋势。

钾长石；陶瓷；玻璃；工业应用

1　引言

长石是地壳中储量最丰富、分布最广的造岩矿物之一，广泛产于各种成因类型的岩石中，约占地壳中矿物组成的60%，主要是由钾、钠、钙、钡的铝硅酸盐组成的一族矿物，与石英类似地具有架状硅酸盐结构，其四面体中的Si4+被Al3+代替，出现多余的负电荷，需要带有阳离子Na+、Ca2+、K+、Ba2+等加入进行补偿保持矿物中电性，形成铝硅酸盐，所以长石的化学成份为不含水的碱金属与碱土金属的铝硅酸盐类。

长石的主要矿床有伟晶岩、风化花岗岩、细晶岩（半风化花岗岩），此外还有长石质陶石、钾质流纹岩、与蛇纹岩伴生的钠长石、霞石闪长岩和白岗岩等。按其化学成份和结晶特征，可以分为两个亚族：钾钠长石和斜长石亚族。自然界产出的钾长石都混有钠长石，所以常称的钾长石也称为正长石，属单斜晶系，通常呈肉红色、浅黄白色或灰色，密度2.54～2.57g/cm3、比重2.56～2.59、莫氏硬度6～7，其理论成份为SiO264.7%、Al2O318.4%、K2O 16.9%。表1是按化学成份分类的长石族矿物。［1-2］

表1　三种长石的理论化学组成（wt%）

长石矿物富含钾、钠等碱金属，具有熔融温度低，熔融间隔长以及熔融黏度高等特点，因而具有较强的助熔性和较高的化学稳定性。因此，可广泛地用于玻璃、陶瓷等建材工业。而工业应用中对长石原料的含铁量有一定的限制，其工业产品等级越高，对长石粉的含铁量要求越严格。近年来，低铁钾长石的需求量越来越大。受资源限制，高质量的钾长石供不应求。我国钾长石源丰富，但是可直接开采并应用的低铁钾长石资源并不多，大多数矿石需除铁降硅提纯，方能满足工业生产需求。国内建材行业对长石产品的化学组成要求参考表2。

显然，长石是陶瓷和玻璃制造业的一种重要原料。然而，寻找到一个具有低铁、极少云母含量和高烧成白度等特点的长石矿床决非易事。在亚洲，能同时大量提供钠长石和钾长石的占有主导地位的国家是中国，其次为泰国和印尼。由于具有优质的原料、富于竞争性的价格和企业经营活动的快速发展，印度现已经成为长石（尤其是钾长石）新的重要供应国［3］。因此，本文对印度钾长石的技术性能指标及其工业应用进行简单阐述，并对钾长石市场前景进行预测分析。

表2　玻璃与陶瓷工业级长石主要化学成份要求（wt%）

2　印度钾长石矿物性质及其工艺特征

2.1印度钾长石矿物性质及技术指标

印度钾长石矿床多以伟晶岩产出，储量丰富，质地纯净，石英及云母含量极少。目前，矽比科印度矿业有限公司采用干法破碎分选选矿加工工艺，其生产效率高，容易实现自动化控制及操作，具备完善的质量检测设备和质量控制手段，产品质量稳定。经采用XRF、XRD、SEM等先进测试仪器和设备对几种常见钾长石的化学成份、矿物组成、颗粒形貌、粒度分布等理化性能进行比较分析（见表3、表4），可以发现矽比科印度钾长石的氧化铝量接近18%，氧化钾含量大于11.5%，钠含量低于3.0%，氧化铁钛含量低于0.10%，烧后白度达到70，达到中国陶瓷工业应用I级品标准。印度钾长石粒径控制范围如表5所示。颗粒形貌分析如图1所示。

表3　几种常见钾长石的化学成份组成（Sibelco CMTCPanalytical XRF 4400/24，wt%）

表4　几种常见钾长石的矿物组成（Sibelco CMTC XRD，wt%）

表5　印度钾长石粒径控制范围（Sibelco CMTC BT-9300H）

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

2.2印度钾长石工艺特征

印度钾长石采用物理选矿加工方法。首先是在初破采场手选；然后经过中碎、细碎后进行光电选矿除杂，再进入细磨加工工序；最后符合粒度要求的精矿进筛分、分级等工序，并联合采用磁选工艺除去铁矿物等杂质。经实验测试，印度钾长石适合于国内陶瓷、玻璃等建材行业的使用要求［4-6］，具有以下工艺特征：

（1）适中的熔点和很宽的熔融间隔。印度钾长石的开始熔融温度约为1150℃，熔点达到1260℃，具有很宽的熔融范围,有利于烧成控制，适合于快速烧成工艺。

（2）较高的高温熔液黏度。长石熔融黏度取决于矿石的矿物组成、化学成份及熔融温度。在同一温度下，印度钾长石形成玻璃相熔液的黏度比普通钾长石及钠长石的大，而且随着温度增高，熔液黏度变化较缓慢，有利于防止高温变形和熔液过渡流淌所造成的缺陷，工业用途更为广泛。

（3）良好的化学稳定性和耐化学腐蚀性。钾长石玻璃具有高度的化学稳定性，除高浓度的硫酸和氢氟酸外，不受其它任何酸、碱的腐蚀。

（4）较强的助熔性。钾长石熔融体对其它物质有助熔作用，能促使高岭土残余物的颗粒相互扩散渗透，加速莫来石晶体的生成及发育，同时降低了陶瓷制品的成瓷温度。

（5）较好的易磨性和可碾性。印度钾长石的解理发育较为完整，有较好的易磨性和可碾性。同时由于颗粒形貌较为完整，颗粒基本无裂隙空洞，因而吸附的杂质也会比较少。

（6）按表5工艺技术指标进行生产制造的印度钾长石具有很宽的烧结温度范围，可用于制造较薄的坯体。同时，坯体变形度小，有利于颜料和釉料分布均匀并有助于陶瓷釉的表面光滑平整。

（7）优良的光学性能。印度钾长石含氧化铁及氧化钛量非常低，基本上不含白云母等杂质，有利于提高制品的白度和透光性，特别适合于高档精细瓷釉的生产。

（8）稳定的化学成份组成。印度钾长石钾含量大于11.0%，铝含量接近18%，钠含量小于3.5%，硅含量低于70%，铁钛含量低于0.15%。从矿物组成表看出，印度钾长石不包含有害杂质云母类矿物，主要矿物分子为钾长石和钠长石，游离石英低于5%。

3　印度钾长石的工业应用前景及展望

由于印度钾长石具有化学组成稳定，粉体粒径控制良好，铝含量高、钾含量高、铁钛含量低、表观白度及烧后白度高等特点，可广泛应用于玻璃、陶瓷、熔块及釉料等行业。

3.1印度钾长石在玻璃行业中的应用

钾长石是玻璃混合料的主要成份之一,在玻璃工业中的用量约占钾长石总用量的50%～60%。主要作用有［5］：①钾长石富含Al2O3，铁含量低，能够提供玻璃配料中所需的Al2O3，且比工业氧化铝易熔，熔融温度低，熔融范围宽，因此可以降低玻璃的熔融温度，减少纯碱用量，而且钾长石中的铝代替了部分硅，可提高玻璃的韧性、强度和抵抗酸碱侵蚀的能力。②钾长石熔融后变成玻璃的过程比较缓慢，结晶能力小，可防止玻璃形成过程中析出晶体而影响正常生产或玻璃缺陷。③可调节玻璃液的黏度，提高玻璃的工艺加工适应性。钾长石作为玻璃基础原料的地位现在正受到冲击。钾长石中含有较多的R2O（主要为K2O和Na2O），因而只能在含R2O的玻璃中引用；化学成份波动大，不易控制；杂质通常有粘土、云母、氧化铁等，它们对玻璃质量均有一定的影响［6］。因此对钾长石在玻璃工业中的应用提出更高的要求。①在选矿加工方面，印度钾长石原料满足国家对玻璃级钾长石的质量要求（SiO2＜70%、Al2O3＞18%、Fe2O3＜0.2%）；其化学成份稳定、水分稳定、颗粒组成均匀、杂质和着色矿物（主要是Fe2O3）少。钾长石提纯技术的主要发展趋势应着眼于微细粒选矿提纯和综合力场（重力、离心力、磁力、电力、化学力）精选技术［7］。②在玻璃生产工艺方面，研究钾长石原料的工艺参数，使其便于在日常生产中调整玻璃成份，适于熔化和澄清。钾长石矿物的研究工作必将推动玻璃工业的发展，使玻璃作为功能材料进入新的发展阶段。

3.2印度钾长石在传统陶瓷行业中的应用

钾长石在陶瓷工业中的用量约占钾长石总用量的30%。钾长石在陶瓷三组分（即粘土、石英、长石）坯料体系中，除可供给Al2O3和SiO2外，还可提供碱金属氧化物，既是瘠性原料，又是熔剂性原料。钾长石在烧成前能起瘠性原料的作用，减少坯体的干燥收缩和变形，改善干燥性能，缩短干燥时间；在烧成时可作为熔剂降低烧成温度，促使石英和高岭土熔融，并在液相中互相扩散渗透而加速莫来石的形成，而且所形成的长石玻璃体充填于坯体的莫来石晶粒之间，使坯体致密而减少空隙，从而提高其机械强度和介电性能。此外,长石玻璃的生成还能提高坯体的透光性和透明度，赋予坯体较高的机械强度和化学稳定性［4］。

陶瓷釉料主要由长石、石英和黏土原料配成，其中最常用的钾长石用量可达到10%～35%，是形成玻璃相的主要成份，具有很宽的熔融范围和较大的高温黏度，能拓宽釉料的熔化成熟温度范围，有利于成瓷和降低烧成温度，提高釉层光泽度、透明度和平滑度，改善釉层化学稳定性，提升产品档次和质量水平。同时，采用钾长石作为主要原料以代替纯碱、叶腊石、工业氧化铝等价格较高的工业原料，有助于降低生产成本，提高产品综合竞争力。

按传统使用习惯，一般情况下陶瓷卫生洁具和日用陶瓷行业对长石原料均要求具有较高的K2O/Na2O比例，因而对钾长石原矿的地质条件和矿产加工就会非常苛刻。当然，有些加工企业会选用化学药剂进行浮选精选加工，以获得较高的K2O/Na2O比例。这样就会带来其他负面的影响，比如化学药浮选药剂的残留用户产品质量的影响以及钾长石加工处理过程的环保排放等问题［8-9］。很多研究者和使用者在生产和科研实践中逐步证明，钾长石中的K2O/Na2O比例不是影响其作用的关键因素，与此相反的是其颗粒度分布、粒径大小、含杂质量以及整体配方组成和工艺条件对釉面质量、瓷件坯料理化性能等有直接的关系和重大的影响。由于国内具有高品质的钾长石矿越来越少，而其消耗量逐年增加。因此，改变传统的使用习惯，提高对钾长石使用的认识对我国钾长石矿产加工企业以及广大用户来讲具有相当广泛的意义和深远的影响。

3.3印度钾长石在其他行业中的应用［10］

印度钾长石具有优异的表观白度和粉体粒径组成，可作为造纸业的填料使用；磨碎的长石还可用作乳胶、涂料和丙烯类物质的填充料；用于焊条药皮的混合料，可以起到电弧稳定剂和焊接液池保护剂的作用；用于生产制造陶瓷纤维以及制造特种过滤材料，也可用作绝热、电绝缘和隔音材料；与其他矿物原料掺配成珐琅，用于搪瓷釉生产，钾长石掺人量通常可以达到为20%～30%；在制作磨轮时常用作陶质胶结物成份，其含量为28%～45%；作为生产白水泥的原料之一。总而言之，印度钾长石具有非常广阔的工业应用价值。

4　钾长石市场预测

目前钾长石主要用于玻璃、陶瓷、色釉料等三大行业，因此这“三大行业”的发展前景也就决定了长石行业的发展前景。许多统计表明，世界市场长石的年消费量达700万t，中国是世界及亚洲陶瓷用长石市场的主要力量，其产量和消费量十分可观，今后十年陶瓷用长石生产将会有高速的增长［11］。

4.1玻璃行业

玻璃行业是目前钾长石消耗量最大的行业，其消耗量约占长石总消耗量的55%。在玻璃行业的细分行业中，排名前三位的建筑玻璃行业、家电玻璃行业、太阳能玻璃占到了玻璃行业的92%以上。从目前的情况来看，玻璃行业正在回暖。2011年，全国平板玻璃的产量为7.38亿重量箱，基本完成了国家“十二五”规划要求，在2015年之前，平板玻璃年产量将会达到7.6亿重量箱。而在2015年～2020年的五年间，玻璃行业将会有极大的增长。中国现在的城市化率约为45%，预计在2030年要达到70%。因此，建筑业的发展不仅不会停滞，反而会更加火热。而伴随着城市化的发展，家电、太阳能的普及以及更新换代更是大大刺激了对玻璃行业的需求。据业内人士预计，2015～2020年，平板玻璃的产量将达到10亿重量箱，甚至有望突破12亿重量箱。

4.2传统陶瓷及熔块釉料行业

传统陶瓷行业钾长石消耗量约占长石总消耗量的35%。陶瓷行业最重要的部分是建筑陶瓷、卫生陶瓷以及日用陶瓷，三者总共能占到陶瓷行业需求量的85%以上。2011年，国内建筑陶瓷的生产量为90亿m2，卫生陶瓷的生产量约1.4亿件，到2015年建筑陶瓷砖产量达到95亿m2，卫生陶瓷产量达到2亿件左右的要求。而随着城市化进程的推进，以及居民生活水平和要求的不断提高，预计到2020年，我国建筑陶瓷的生产量将会达到130亿m2（现已具备115亿m2的生产能力，开工率为78%），卫生陶瓷达到2.5亿件［11］。因而，钾长石的需求量必定会持续增长。

4.3其他行业

随着经济和社会的发展，着重研究钾长石在粉体范围内的颗粒度、颗粒形状、颗粒分布、比表面积等特性以及化学稳定性，以突破传统陶瓷的局限，拓宽其在其他行业的应用和工业价值，将钾长石应用于技术陶瓷、玻璃熔剂、搪瓷原料、磨料磨具、玻璃纤维、电焊条等行业，市场前景广阔。

5　结语

印度钾长石矿源储量大，品质纯净稳定，采用自动化选矿连续式干法粉磨加工工艺，具有完善的检测设备和质量控制体系，有利于稳定其化学组成和矿物组成，提高产品精细化率，并通过高度自动化连续式粉磨分选设备控制粉体粒径达到客户使用要求。

随着经济和社会发展水平的提高，用户对产品质量要求越来越高，将促使长石加工和制造商继续采用先进技术，改进其矿山设计、粉磨工艺和粉磨产品的包装，并确保产品质量的均匀一致性和长期稳定性。同时，由于生产成本,如：劳动力、能源等越来越高，大多数厂家正在寻求具有不同粒度分布和稳定化学组成的长石产品，以达到最优化生产效率和降低生产系统能耗的目标。因此，长石加工行业内各厂商之间的竞争将会更加剧烈并长期存在。

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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