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1、 透輝石的特性
1. 1礦物學(xué)特征
透輝石屬于一種鏈狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，單斜晶系，晶體為短柱狀，集合體呈粒狀，在接觸交代礦床中呈發(fā)射柱狀。透輝石的化學(xué)成分理論值（%）：CaO=25.9 ，MgO=18.5， SiO2 =55.6，化學(xué)式為CaMgSi2O6，顏色為淺線色淺灰色，硬度5.5~6，密度3.27~3.38g/cm3,熔點1390℃，玻璃光澤。
1. 2礦物組成
透輝石廣泛分布于基性與超基性巖中，在夕卡巖中與石榴石、符山石、硅灰石、方解石等共生。天然透輝石主要為熱液及巖漿成團，它也是含硅的碳酸鹽原巖變質(zhì)的特征礦物，在中國分布很廣。按純度和共生礦物天然透輝石可分為七大類。各類天然透輝石礦在陶瓷工業(yè)中都能找到合適的用途。
第一類為高純透輝石礦，僅含少量的方解石雜質(zhì)礦物，偶爾可見石英和透閃石。它可以作為無線電陶瓷（高頻瓷）、電子陶瓷（高鋁瓷）、高壓電瓷、陶瓷顏料、釉料及穩(wěn)定性好的結(jié)構(gòu)陶瓷的原料。
第二類為透輝石和石英共生礦，透輝石含量在一半以上，雜質(zhì)礦物除石英外還有方解石，它可以作為高壓電瓷、釉料及熱穩(wěn)定性好的結(jié)構(gòu)陶瓷原料。
第三類和第四類為礦物組成最為復(fù)雜的礦石，它們含有波動范圍極大的硅灰石、方解石和石英。按各種礦物的比例將它們稱為硅灰石-方解石-透輝石和硅灰石-透輝石。這兩類礦物還可能含有透閃石、長石、方柱石、黑云母、木石、花崗巖等礦物。從化學(xué)成分看，熔劑氧化物含量很高，同時著色氧化物的含量也不低，所以，它們主要作為彩陶、釉面磚和鑄石的原料。
第五類為含有磷灰石的透輝石礦，礦石中還常含有方解石，可作地面磚和鑄石的原料。
第六類為石英-透輝石礦，石英的含量常高于透輝石的含量，有時還含有少量的方解石和硅灰石，可作為工業(yè)玻璃和硅酸鹽耐火磚的原料。
第七類為方解石-透輝石礦，這類礦物的透輝石含量較低，透輝石可看方解石礦的雜質(zhì)礦物，主要用作膠凝材料的原料。
1. 3透輝石的化學(xué)反應(yīng)
透輝石與高嶺石的反應(yīng)：
1150℃：2（CaO•MgO•2SiO2 ）（透輝石）+4（Al2O3•2 SiO2•2H2O）（高嶺石）
2（CaO•Al2O3•2 SiO2）（鈣長石）+2 MgO•2 Al2O3•5 SiO2（堇青石）+3 SiO2（方石英）+2H2O
1. 4透輝石的熔劑性能
透輝石開始變形溫度1170℃，軟化溫度1280℃，熔融溫度1390℃，軟化范圍110℃，熔化范圍10℃。由于透輝石中CaO、MgO為44.4%。在坯體中引入大量的CaO、MgO降低了坯體的酸度、熔融溫度和玻璃相的粘度，它易潤濕Al2O3、SiO2顆粒，能迅速促進坯體的燒結(jié)，起到了強礦化劑的作用。使用透輝石的釉面磚素?zé)郎囟缺热~臘石質(zhì)坯體降低120℃，比硅灰石質(zhì)坯體降低80℃，燒成周期比葉臘石質(zhì)、硅灰石質(zhì)坯體力勞動縮短8小時以上；釉燒溫度比葉臘石質(zhì)釉面磚降低80℃，比硅灰石質(zhì)降低40℃，燒成周期比葉臘石質(zhì)釉面磚縮短7小時，比硅灰石質(zhì)釉面磚縮短2小時。這表明透輝石的熔劑性能比葉臘石、硅灰石的更好。
透輝石在1000~1100℃范圍內(nèi)，急劇熔解于堿金屬的鋁硅酸鹽熔劑。一方面可析出新的鈣長石晶體，另一方面促進了坯料中游離石英的熔解。最終素中的殘余石英量減少，機械強度和熱穩(wěn)定性提高，素坯的燒結(jié)溫度可降低到釉燒溫度1100℃]。
1. 5透輝石的熱學(xué)特性
透輝石的差熱曲線曲線為一條起伏平緩的曲線，熱效應(yīng)微弱。透輝石平均熱膨脹系數(shù)為7.5×10-6℃（250~800℃）。在升溫過程變化均勻并呈直線變化，它具有良好的熱膨脹特性，這一特性有利于快燒工藝的要求。
1. 6透輝石的工藝性能
透輝石為柱狀、針狀晶體，無吸附水，層間水，燒失量很低僅為0.22%~1.4%，而粘土的燒失量高達17%左右。透輝石坯體吸水率低，它屬于瘠性材料，能有效減少陶瓷坯體的收縮。透輝石與粘土等組成坯料，由于粘土顆粒很細并有很強的可塑性和粘合能力，而透輝石顆粒較粗且為針狀或柱狀晶體，粗細堆積均勻，坯體內(nèi)部存在很小的空隙，構(gòu)成了排水通道，它就賦于泥漿壓濾脫水和泥餅干燥較快的特性，可以實現(xiàn)快速干燥。使用透輝石的坯料成型性能好，坯料干燥強度大，不易產(chǎn)生夾層等缺陷的優(yōu)良性能。
透輝石釉面磚坯體燒成后生成鈣長石、菫青石、方石英等礦物所產(chǎn)生放熱效應(yīng)較普通釉面磚燒成后生成的鈣長石、莫來石、方石英的熱效應(yīng)小，反應(yīng)比較平穩(wěn)。同時透輝石釉面磚中石英加入量比普通面磚少，可以快速預(yù)熱和冷卻，并能大大減小釉面磚冷卻收縮。由于透輝石釉面磚膨脹系數(shù)小，可以快速冷卻，這可防止釉面析晶和坯體內(nèi)Fe2+再氧化成Fe3+，從而提高釉面磚的光澤度和白度。透輝石礦物構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，玻璃分布骨架之間，這種網(wǎng)狀空隙有利于釉層的滲透，使坯、釉較好結(jié)合。因此，透輝石釉面磚的機械強度、收縮率、產(chǎn)品格率皆優(yōu)于其它材質(zhì)的釉面磚。
2．應(yīng)用
透輝石于70年代在國外首先被使用，主要原因是國外陶瓷工業(yè)面臨三大問題：一是擁有優(yōu)質(zhì)高嶺土的國家所產(chǎn)的高嶺土主要用于造工業(yè)而使陶瓷工業(yè)的原料日漸枯竭；二是陶瓷工業(yè)本身面臨能源問題，需要尋找節(jié)能原料；三是用于陶瓷工業(yè)的長石原料不足，而且價格較貴，雖然人們也找到了硅灰石作為其代用品，并能實現(xiàn)低溫快燒，但硅灰石也不能滿足需要，因此透輝石才開始被利用。直到80年代末90年代初，我國才在陶瓷工業(yè)使用透輝石。透輝石是一種新型的陶瓷工業(yè)礦產(chǎn)資源，以致我國近兩年出版的有關(guān)礦產(chǎn)資源的大型專著都未涉及透輝石。
2. 1在建筑陶瓷中的應(yīng)用
采用透輝石一高嶺石一石英系列配方研制低溫二次快燒釉面磚，素?zé)郎囟?080~1120℃，素?zé)龝r間80min，釉燒溫度1040~1080℃，釉燒時間80min，所研制的透輝石釉面磚各項性能指標都達到GB4100-83《白色陶質(zhì)釉面磚》標準要求。與粘土-葉臘石配方相比，素坯燒成溫度降低70~90℃，釉燒時間相比于多孔窯減少16~18h，素?zé)啾扔诘寡娓G減少約70h，節(jié)能效益明顯。
加入40%透輝石的釉面磚素?zé)芷?2h，釉燒周期8h，素?zé)郎?080℃，釉燒渡1040℃，比傳統(tǒng)的長石質(zhì)釉面磚燒成周期縮短3至5倍，燒成溫度降低100~200℃，具有較強的抗折強度 、熱膨脹系數(shù)低、收縮小等優(yōu)良特性，其經(jīng)濟效益是十分可觀的。
在具有80年代國際先進水平、年產(chǎn)100萬平方米的高級釉面磚生產(chǎn)線上的試產(chǎn)階段，原配方燒成過程經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)驚，產(chǎn)量還不到設(shè)計能力，同時產(chǎn)品濕膨脹較大，后龜裂嚴重，質(zhì)量難以提高。新配方以紅粘土和30%的透輝石為主要原料，解決了試產(chǎn)階段遇到的難題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了坯體素?zé)郎囟群蛦挝划a(chǎn)量煤耗，縮短了素?zé)⒂詿龝r間，產(chǎn)品抗壓強度提高，超過原設(shè)計能力20%，創(chuàng)下了年產(chǎn)120萬平方米的新記錄，并使產(chǎn)品打入了國際市場，企業(yè)獲得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
在瓷質(zhì)磚生產(chǎn)中，加入7%~15%的透輝石，坯體瓷化溫度低，燒成范圍寬（1160~1180℃），坯釉結(jié)合性能好，坯體尺寸規(guī)整不變形。由于透輝石為粒狀，不含結(jié)晶水和發(fā)揮物，具有良好的熱膨脹特性和助熔效果，其有利于快速升溫和成瓷后的快速冷卻，可顯著縮短燒成周期，降低成本，更易干加工和粉碎，縮短坯料球磨時間，減少原料加工過程中的能耗。
應(yīng)用劣質(zhì)透輝石制釉面磚。燒成溫度在1030~1100℃范圍內(nèi)，比傳統(tǒng)粘土質(zhì)釉面磚燒成溫度低200℃左右，生產(chǎn)周期60~120分鐘，吸水率19%~21%。具有機械強度高，熱穩(wěn)定性好，吸濕膨脹低等優(yōu)良特點，大大節(jié)省能源，使釉面磚成本大幅度降低，綜合經(jīng)濟效益十分可觀。
透輝石是釉面磚衛(wèi)生陶瓷低溫快燒的好原料，用于釉面磚的熔塊的較少。如在釉面磚熔塊用透輝石代替方解石、滑石和部分石英有利于熔塊熔制，降低釉燒溫度和釉的膨脹系數(shù)，有利于降低釉料成本。透輝石低溫低膨脹乳濁釉的釉燒溫度1040~1080℃，釉燒時間90~120min，釉面白度78~79，釉面光澤度90%~100%，熱膨脹系數(shù)7.14×10-6/℃，無色差，對透輝石素坯有良好的適應(yīng)性，熱穩(wěn)定性好。
在主要含石英、伊利石、高嶺石和赤鐵礦的紅黃粘土外墻配料中，引入10%的透輝石，組成中CaO、MgO含量顯著上升，Al2O3含量下降，原配方中主要以K2O-- Na2O-Fe3O4形成低共熔物，新配方中主要以CaO-MgO-- K2O-- Na2O-- Fe2O3形成低共熔物，其助熔效果明顯加強，燒成溫度由1130℃下降到1100℃，燒成周期45min，由于透輝石燒失量小，無多晶轉(zhuǎn)變，晶體呈柱狀，可使配料脫水快，噴霧產(chǎn)量提高，生坯料易成型和干燥，整個過程的合格率提高。透輝石的引入，使磚致密、強化、產(chǎn)品的吸水率由8.15%下降到5.93%，抗彎強度由27.82MPa提高到29.97MPa，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量。
以質(zhì)量百分比：透輝石30~40、葉蠟石10~20、長石5~15、軟質(zhì)粘土20~30、砂石5~10制成的無釉瓷質(zhì)磚，燒成溫度1170℃±10℃，燒成周期48min。其吸水率：0.1%~0.2%；抗折強度 ：45~50MPa；總收縮率：5%~6%，熱穩(wěn)定性：經(jīng)20~30次急冷急熱循環(huán)未出現(xiàn)炸裂或裂紋。因此，透輝石的引入，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源；縮短燒成周期；熱穩(wěn)定性好，提高機械強度[16]。
2.2在日用瓷中的應(yīng)用
透輝石既能應(yīng)用于建筑衛(wèi)生陶瓷的工業(yè)中，也能應(yīng)用于日用陶瓷的工業(yè)中。在高嶺石、瓷石中加入5%~15%的透輝石，SiO2/ Al2O3控制在4.23以下，在1240~1280℃的燒成范圍內(nèi)，制品達到日用細瓷的標準。坯料在低溫還原燒成制定下燒成的大型扁平制品，具有較高的透明度，釉面白中泛青，具有景德鎮(zhèn)的傳統(tǒng)風(fēng)味。燒成溫度降低到1260℃左右，在節(jié)能與提高窯具使用壽面方面，將具有顯著的經(jīng)濟效益。
2．3在電瓷中的應(yīng)用
由于透輝石是一種熔劑性礦物，對高壓電瓷坯料的成瓷過程和瓷體性能產(chǎn)生較好的作用。在高壓電瓷坯料中加入3%~5%的透輝石，就可降低100℃的燒成溫度。若加入10%~20%的透輝石，作為電瓷坯料主要原料之一時，在降低燒成溫度的同時還可改觀電瓷的介電損耗、體積電阻率、工頻電強度等電氣性能，使瓷體強度提高16%~74%。
用線度較高(>90wt%)的透輝石礦可代替滑石作為高頻瓷的主要原料，生產(chǎn)工藝和設(shè)備無需改變，燒成溫度降低50℃左右，各項性能指標均能符合技術(shù)要求。適當降低配料中碳酸鋇的用量和增加透輝石原料用量，可以增大熔體的溫度粘度，從而將坯體燒結(jié)范圍拓寬到30~40℃。透輝石瓷比滑石瓷的優(yōu)點還在于它不存在老化問題，大大提高了瓷件的可靠性和使用壽命。透輝石瓷優(yōu)良介電性能和較好的機械性能，這歸結(jié)于晶相的穩(wěn)定和細長的針晶特征。
透輝石是具有獨特功能和廣闊應(yīng)用前景的多功能材料。在升溫過程中，透輝石無晶型轉(zhuǎn)變，無燒失，熱膨脹性能好，能迅速促進坯體的燒結(jié)，起到了強礦化劑的作用。透輝石能實現(xiàn)陶瓷的低溫快燒，提高陶瓷的性能，廣泛應(yīng)用于電瓷、建筑陶瓷和日用陶瓷工業(yè)，是一種很好的新型節(jié)能添加劑和陶瓷原料。在建筑陶瓷工業(yè)中，透輝石的綜合性能比硅灰石好；對于高頻瓷，透輝石瓷比滑石更優(yōu)良。人們應(yīng)進一步對透輝石進行開發(fā)和研究，以拓寬其應(yīng)用范圍，更好地利用這一自然界非再生的、重要的礦產(chǎn)資源。
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