三石礦物是什么？

　　三石礦物是指紅柱石、藍晶石和硅線石。紅柱石、藍晶石和硅線石同屬硅酸鹽類，具有相同的化學成分：Al2O3·SiO2。其中Al2O3含量為62.93%，SiO2為37.07%。但是因形成地質條件不同，晶體結構相異。藍晶石、紅柱石屬于有附加陰離子的島狀基型，硅線石屬于鏈狀基型的鋁硅酸鹽，三石在陽離子配位上也有差異。

　　紅柱石是一種優質耐火原料，具有優良的化學穩定性、抗渣性、抗高溫蠕變性、抗熱震性，因而得到了深入研究和廣泛應用。紅柱石的化學組成為AlAl[SiO4]O。紅柱石的晶體結構為斜方晶系：a0=0.778nm，b0=0.792nm，c0=0.557nm;Z=4。主要粉晶譜線：4.35(100)，2.26(90)，2.17(100)，1.46(100)。

　　紅柱石材料的應用

　　·不定形耐火材料

　　為了增強不定形耐火材料中引入藍晶石、紅柱石等，利用其常溫下相變產生的膨脹來抵消不定形耐火材料的收縮，其效果取決于紅柱石的雜質、使用溫度和粒度。

　　·耐火磚

　　采用紅柱石為原料制備的耐火磚具有體積穩定、荷重軟化點高、抗蠕變性好、抗熱震性高、抗CO侵蝕高及熱導率低等特點。

　　·窯具

　　由于堇青石具有熱膨脹系數小和抗熱震性優異等特點，目前窯具多采用堇青石作為窯具的基體材料。窯具的抗熱震性是決定窯具壽命的關鍵參數。通過在以堇青石為基體材料的窯具中引入紅柱石，利用引入界面斷裂時的耗能機制進一步改善了堇青石質窯具的抗熱震性能，同時紅柱石在高溫下生成的針狀莫來石，不僅可以改善材料的燒結性能，還起到了增韌效果，可以提高窯具的壽命。

　　·陶瓷

　　白志民等以w(石英)=30%，w(高嶺土)=40%，w(堿性長石)=30%為基本配方，并在其中分別添加w(紅柱石)=10%，20%和30%組成新的配方，研究了紅柱石加入量對三組分陶瓷燒成體抗折強度、硬度、密度、吸水率等物理性能的影響。結果表明：燒結溫度大于1300℃時，隨著紅柱石加入量的增大，材料的抗折強度提高，表觀密度增大，硬度也增大，燒成收縮率減小，提高了材料的體積穩定性，有利于高溫燒成條件下制備低收縮的高強度陶瓷材料。

　　·其它

　　紅柱石除了在上述領域得到廣泛的應用外，還在原料合成以及其他應用領域中發揮著重要的作用。

　　藍晶石

　　藍晶石(Al2[SiO4]O)是藍晶石族礦床重要的礦石礦物之一，也是結晶片巖中典型的變質礦物。藍晶石在富鋁巖石、中壓低溫變質作用及某些高壓變質帶中。藍晶石礦物具有耐高溫、抗腐蝕和煅燒時體積膨脹等特性而被廣泛應用于冶金、建材及化工等爐窯工業。

　　世界上藍晶石分布廣泛，主要集中在加拿大、美國、南非、奧地利、印度、俄羅斯、澳大利亞、利比里亞、中國、肯尼亞、巴西、保加利亞等國。我國的藍晶石礦資源也比較豐富，礦床主要分布在河南、江蘇、新疆，除河南省南陽市隱山藍晶石礦床達超大型(≥200萬噸)外，大多是低品位的、中小型礦床。

　　我國的藍晶石礦床主要為區域變質型礦床，該類型礦床賦存于活動的板塊構造帶內，含礦主要地層為中—晚元古界，礦體形態一般為層狀、似層狀，少數為透鏡狀。含礦巖石主要為石英巖類、片巖類，礦石類型以藍晶石石英巖、藍晶石(白云母)石英片巖、藍晶石巖為主，礦物成分以藍晶石、石英、白云母為主。

　　藍晶石材料的工藝特征

　　耐火性：含藍晶石耐火材料的耐火度通常大于1790℃，最高大于1850℃。

　　熱膨脹性：藍晶石在加熱過程中轉化為莫來石和方英石(SiO2)的混合物，可表示為：3Al2SiO5—Al6SiO13(莫來石)+SiO2(方英石)，在轉化過程中，藍晶石發生體積膨脹，體積膨脹率為16%~18%。

　　穩定性：以藍晶石為原料生產的耐火材料具有較高的穩定性，同時生產的藍晶石耐火磚所產生的損耗較低。此外，藍晶石還具有良好的化學穩定性，對酸堿甚至氫氟酸具有惰性。

　　不可逆性：藍晶石礦物煅燒成莫來石是一個不可逆的轉化過程，在1810℃以下是穩定的。

　　硅線石

　　硅線石屬斜方晶系，其晶體外形呈柱狀、針狀及毛發狀，此外還常呈纖維狀或放射狀的集合體。顏色多呈白色、灰色、綠色和褐色，斷口呈玻璃光澤。硅線石熔點為1850℃，密度3.23～3.27g/cm3，硬度6.5～7.5。

　　化學成分較純，雜質含量很少，化學性質非常穩定，不溶于水和酸，對金屬及玻璃熔體熔渣的抗侵蝕性能好，具有良好的抗熱震性、抗渣侵蝕性、機械強度、耐磨性、抗化學腐蝕性和較高的耐火度。

　　硅線石資源分布

　　硅線石是一種高溫變質礦物，常見于火成巖與泥質巖石接觸帶。世界硅線石礦產儲量約有1億噸，分布較廣，主要產出國有印度、澳大利亞。印度的硅線石礦床分布較廣，但有經濟價值的礦床很少。最重要的工業礦床集中在馬哈拉施特拉邦和馬哈拉伊邦。澳大利亞硅線石資源集中于南部的威廉姆斯地區的克勞福德礦床，礦床為高嶺土一硅線石一云母礦床。

　　我國硅線石儲量豐富，約占世界總儲量的1/3。我國硅線石礦床主要分布于福建莆田、內蒙古土貴烏拉、河北平山、河南葉縣及黑龍江雞西等。

　　硅線石的應用

　　硅線石具有化學性質穩定、抗熱震性好、耐火度高、機械強度好等特點，可作為陶瓷、耐火材料、合成莫來石、焊接材料、摩擦材料等的原料使用，被廣泛應用于冶金、化工、陶瓷、玻璃等領域。

　　·在陶瓷領域的應用

　　硅線石由于莫來石化行為導致的體積膨脹使得人們可以將硅線石用為添加劑，將硅線石添加到陶瓷或者是其他的材料中，最終可以達到將這些材料相變增韌的目的。以硅線石為原料制得的蜂窩陶瓷、莫來石瓷以及陶瓷棚板等已廣泛應用于工業中。

　　·在耐火材料領域的應用

　　硅線石在高溫下分解產生莫來石和二氧化硅，同時伴隨一定的體積膨脹，因此以硅線石為主要原料的制品或將硅線石添加到其他制品中，利用其體積膨脹效應可以有效抵消制品在高溫燒成過程中產生的體積收縮，限制了局部應力，阻止和鈍化了裂紋的產生，提高了制品的抗熱震性，減小了機械剝落，從而提高了產品的性能，延長了制品的使用壽命。

　　以硅線石為原料制得的莫來石—剛玉制品、碳化硅-硅線石制品、硅線石—堇青石質窯具、莫來石—硅線石質窯具、高鋁磚、澆注料、可塑料、噴涂料等性能優異，應用廣泛。

　　·作為合成莫來石原料

　　自然界中天然的莫來石比較罕見，因此常常采用人工合成的方法制備莫來石。硅線石具有來源廣、成本低的特點，硅線石轉化為莫來石的理論轉化率為86.0%，同時析出14.0%的熔融二氧化硅，因此利用其高溫下的莫來石化反應可以制備出莫來石。

　　·作為焊接材料原料

　　硅線石精礦中含有Al2O3與SiO2，結晶水很少，同時S，P等雜質元素含量極低，并且硅線石很小的熱膨脹系數有利于改善焊條、焊劑的脫渣性，因此以硅線石作為焊接材料的原料是可行的。

　　·其它領域的應用

　　用作摩擦材料填料、合成原料添加劑，還可應用在醫學領域，用來制造假牙、骨頭移植物和碎骨連接板，色澤艷麗的硅線石還可作寶石。

　　參考資料：

　　張巍.紅柱石材料的研究及應用進展

　　郭敬娜.紅柱石、藍晶石、硅線石對莫來石-剛玉材料性能的影響

　　段紹輝.中國藍晶石礦床地質特征與成礦規律研究

　　中國粉體網.粉體百科|硅線石的特點、分布及應用

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