萤石又名氟石、五花石。化学成分为氟化钙(CaF2)。常因含有各种杂质及机械混入物而呈紫色、绿色、蓝色、黄色、玫瑰色等。萤石常呈立方体或八面体结晶,有时为块状或粘状集合体,比重为3~3.2,莫氏硬度为4,熔点为1270℃-1350℃。
1 萤石的开发应用萤石是一种很重要的非金属矿物原料,具有广泛的工业用途。
1.1 钢铁工业
在钢铁工业中,萤石大量用于化铁、炼铁、炼钢的熔剂。萤石的作用:一是降低冶炼温度,节省燃料消耗;二是降低炉渣粘度,增加炉渣流动性,以便于从金属中排除杂质,并顺利排渣。每熔炼一吨铁,需萤石6~9公斤。每生产一吨钢,需萤石2~9公斤。
1.2 炼铝工业
为了制得用于生产原生铝的氟化盐,萤石首先必须转换成HF。铝是通过将氧化铝首先溶解到电解溶液中,然后借助电解作用分离成铝和氧气来生产的。氧化铝的高熔点(2000℃)使得熔化和电解非常困难;然而,它可在950℃~1000℃的条件下溶解到熔融冰晶石中。人造冰晶石是由萤石转换成HF后而制得的。每吨冰晶石的平均萤石消耗量为135吨左右。
1.3 化学工业
在化学工业中,萤石主要用来制造氢氟酸及其衍生物。世界上萤石产量一半用作制氢氟酸,供制人造冰晶石用于炼铝工业。一部分用作制氟化碳。氟化碳无味、无毒、惰性、耐腐蚀,可作涂料、滑润剂、防腐剂、清洁剂等。制塑料时,加氟化物制成号称“塑料王”的聚四氟乙烯在液态空气中不变脆,沸水中不变软,可在-269℃至+260℃温度范围使用。耐腐蚀、化学稳定性均超过玻璃、陶瓷、不锈钢以及金、铂等。
萤石是用于生产含氯氟烃的原料。氯氟烃具有广泛的工业用途,其中主要用途有气溶胶抛射剂,致冷器的冷冻剂和泡沫制造中的吹制剂。在制造氯氟烃时,萤石首先转变成氢氟酸(HF),生产一吨氯氟烃,平均需要萤石0.75吨。
1.4 水泥工业
1)做生产水泥的矿化剂
在水泥生产中,煅烧熟料时,加入少量萤石可使水泥生料在较低的温度下就出现熔融液相,从而加长水泥熟料烧结作用的时间,增加主要矿物C3S形成的数量。在水泥配料中加入0.5%~1%的萤石,可提高窑炉生产率10%,节省燃料5%~7%。
2)生产氟铝酸盐水泥
萤石是氟铝酸盐型双快水泥的主要生产原料。这类水泥的典型矿物是氟铝酸钙,它具有较高的小时强度,有的1小时抗压强度即可达5~10MPa;同时还具有微膨胀,抗渗性好以及良好的抗低温性能。双快抢修水泥萤石掺加量为4.5%,双快型砂水泥萤石掺加量为3%。
3)生产氟石固体水玻璃矿渣水泥
萤石是氟石固体水玻璃矿渣水泥的主要生产原料。本发明是用特殊制造的固体水玻璃、高炉矿渣和萤石,在球磨机内粉磨而成525号、625号水泥,省掉了生料车间和烧成车间,节约建厂面积约65%,节约投资68.2%,降低能耗42%。
1.5 玻璃工业
在熔制玻璃时加入少量萤石,可起到助熔作用,萤石可降低玻璃液的粘度,因此有利于玻璃的均化及澄清,提高玻璃质量。在熔制玻璃时加入萤石也是有效节能措施。玻璃助熔剂用的萤石质量要求:CaF2>80%,Fe2O3<0.2%。
1.6 陶瓷工业
少量萤石能促进陶瓷坯体的烧结,并提高瓷釉质量。陶瓷工业对萤石质量一般要求为:CaF2>95%~96%,Fe2O3<0.12%,SiO2<3?0%,CaCO3
1.7 铸石工业
在熔炼铸石时,萤石也是很好的熔剂,加入量为0.29%~1.5%。萤石的加入有利于调整铸石的成分,降低熔融温度,增加流动性。铸石工业用萤石的质量要求为:CaF2>85%。1.8 制造先学仪器无色和浅色萤石的透明晶体又称光学萤石,是制造光学仪器的材料,主要制造光学棱镜和透光镜。
1.9 其他
萤石可作砂轮的粘合材料;许多种类的电焊条涂料都掺有萤石和萤石混合物;色泽鲜艳的萤石可
作美术工艺品;纯度高的萤石含有的稀土元素到一定含量时,还可作激光材料。
2 萤石的发展动向
大约在1775年英国开始开采萤石,在1820年至1840年间美国许多地方进行开采。但大量开采乃是在发展和推广平炉炼钢以后,随着炼钢、炼铝、化学、水泥、玻璃、陶瓷等工业的发展,萤石的生产和用途在不断扩大。在第一、第二次世界大战时更有加速的发展。1931年,碳氟化合物打开了生产的前景,1942年为生产高辛烷混合燃料,开始使用无水氟化氢作催化剂来制造烷基化物。
20世纪20年代后期,用浮法从方铅矿、闪锌矿和普通脉石中分离萤石及40年代用重介质选矿法处理低品位矿石的成功应用,促进了萤石工业的发展。
近年来,萤石工业技术又有重大的改进:为适应炼钢炉的应用,采用了挤压四矿法生产小石子般的萤石精矿;应用更有效的、更有选择性的浮法技术处理含大量白云岩和重晶石的萤石原矿。在80年代初期,由于世界经济萧条和各国环保要求严格限制含氟原料的使用,以及钢铁、炼铝工业技术进步降低了萤石的单耗,致使萤石产量有所下降。进入1984年以后,由于世界钢铁、炼铝和化学工业景况有所好转,使世界萤石产量又开始回升。1989年世界萤石产量达543.3万吨,创历史最高纪录。1990年为515万吨,下降了6%。目前我国已成为世界上最大的萤石生产国,年产量达150万吨,约占世界总产量的29%,其它主要的生产国依次为:蒙古、墨西哥、原苏联和南非。
当前萤石市场的特点是优质萤石生产的崛起,在北美市场上将萤石分为高杂质和低杂质两种。在墨西哥北部、加拿大、巴西等地正在开发一些优质制酸用萤石,北美的消费者已感到优质制酸用萤石供不应求,这几年萤石产量大幅度提高,主要是酸级萤石产量的提高。目前,美国萤石开采业已萎缩,只能依靠国外的供应源才能满足大部分需求。
世界萤石储量约36000万吨,世界人均占有量为0.07吨/人,我国萤石储量约6000万吨,我国人均占有量为0.05吨/人。据有关预测,我国萤石资源的可开采年限约40年。这为我们敲响了警钟!我国萤石在21世纪中、下期有可能出现资源紧缺现象。而到21世纪的中期,我国正发展到一个中等发达国家的水平,萤石是工业用氟的主要来源,在钢铁、炼铝和制冷工业都大量应用,并且这些工业都是我国要大力发展的,这就更显得萤石资源的重要。从长远角度来看,若干年后我国有可能还需要从外国进口萤石,来满足国内钢铁、炼铝、化工等工业的需求。为此,建议我国应限制或禁止出口萤石,保护萤石资源。
1 萤石的开发应用萤石是一种很重要的非金属矿物原料,具有广泛的工业用途。
1.1 钢铁工业
在钢铁工业中,萤石大量用于化铁、炼铁、炼钢的熔剂。萤石的作用:一是降低冶炼温度,节省燃料消耗;二是降低炉渣粘度,增加炉渣流动性,以便于从金属中排除杂质,并顺利排渣。每熔炼一吨铁,需萤石6~9公斤。每生产一吨钢,需萤石2~9公斤。
1.2 炼铝工业
为了制得用于生产原生铝的氟化盐,萤石首先必须转换成HF。铝是通过将氧化铝首先溶解到电解溶液中,然后借助电解作用分离成铝和氧气来生产的。氧化铝的高熔点(2000℃)使得熔化和电解非常困难;然而,它可在950℃~1000℃的条件下溶解到熔融冰晶石中。人造冰晶石是由萤石转换成HF后而制得的。每吨冰晶石的平均萤石消耗量为135吨左右。
1.3 化学工业
在化学工业中,萤石主要用来制造氢氟酸及其衍生物。世界上萤石产量一半用作制氢氟酸,供制人造冰晶石用于炼铝工业。一部分用作制氟化碳。氟化碳无味、无毒、惰性、耐腐蚀,可作涂料、滑润剂、防腐剂、清洁剂等。制塑料时,加氟化物制成号称“塑料王”的聚四氟乙烯在液态空气中不变脆,沸水中不变软,可在-269℃至+260℃温度范围使用。耐腐蚀、化学稳定性均超过玻璃、陶瓷、不锈钢以及金、铂等。
萤石是用于生产含氯氟烃的原料。氯氟烃具有广泛的工业用途,其中主要用途有气溶胶抛射剂,致冷器的冷冻剂和泡沫制造中的吹制剂。在制造氯氟烃时,萤石首先转变成氢氟酸(HF),生产一吨氯氟烃,平均需要萤石0.75吨。
1.4 水泥工业
1)做生产水泥的矿化剂
在水泥生产中,煅烧熟料时,加入少量萤石可使水泥生料在较低的温度下就出现熔融液相,从而加长水泥熟料烧结作用的时间,增加主要矿物C3S形成的数量。在水泥配料中加入0.5%~1%的萤石,可提高窑炉生产率10%,节省燃料5%~7%。
2)生产氟铝酸盐水泥
萤石是氟铝酸盐型双快水泥的主要生产原料。这类水泥的典型矿物是氟铝酸钙,它具有较高的小时强度,有的1小时抗压强度即可达5~10MPa;同时还具有微膨胀,抗渗性好以及良好的抗低温性能。双快抢修水泥萤石掺加量为4.5%,双快型砂水泥萤石掺加量为3%。
3)生产氟石固体水玻璃矿渣水泥
萤石是氟石固体水玻璃矿渣水泥的主要生产原料。本发明是用特殊制造的固体水玻璃、高炉矿渣和萤石,在球磨机内粉磨而成525号、625号水泥,省掉了生料车间和烧成车间,节约建厂面积约65%,节约投资68.2%,降低能耗42%。
1.5 玻璃工业
在熔制玻璃时加入少量萤石,可起到助熔作用,萤石可降低玻璃液的粘度,因此有利于玻璃的均化及澄清,提高玻璃质量。在熔制玻璃时加入萤石也是有效节能措施。玻璃助熔剂用的萤石质量要求:CaF2>80%,Fe2O3<0.2%。
1.6 陶瓷工业
少量萤石能促进陶瓷坯体的烧结,并提高瓷釉质量。陶瓷工业对萤石质量一般要求为:CaF2>95%~96%,Fe2O3<0.12%,SiO2<3?0%,CaCO3
1.7 铸石工业
在熔炼铸石时,萤石也是很好的熔剂,加入量为0.29%~1.5%。萤石的加入有利于调整铸石的成分,降低熔融温度,增加流动性。铸石工业用萤石的质量要求为:CaF2>85%。1.8 制造先学仪器无色和浅色萤石的透明晶体又称光学萤石,是制造光学仪器的材料,主要制造光学棱镜和透光镜。
1.9 其他
萤石可作砂轮的粘合材料;许多种类的电焊条涂料都掺有萤石和萤石混合物;色泽鲜艳的萤石可
作美术工艺品;纯度高的萤石含有的稀土元素到一定含量时,还可作激光材料。
2 萤石的发展动向
大约在1775年英国开始开采萤石,在1820年至1840年间美国许多地方进行开采。但大量开采乃是在发展和推广平炉炼钢以后,随着炼钢、炼铝、化学、水泥、玻璃、陶瓷等工业的发展,萤石的生产和用途在不断扩大。在第一、第二次世界大战时更有加速的发展。1931年,碳氟化合物打开了生产的前景,1942年为生产高辛烷混合燃料,开始使用无水氟化氢作催化剂来制造烷基化物。
20世纪20年代后期,用浮法从方铅矿、闪锌矿和普通脉石中分离萤石及40年代用重介质选矿法处理低品位矿石的成功应用,促进了萤石工业的发展。
近年来,萤石工业技术又有重大的改进:为适应炼钢炉的应用,采用了挤压四矿法生产小石子般的萤石精矿;应用更有效的、更有选择性的浮法技术处理含大量白云岩和重晶石的萤石原矿。在80年代初期,由于世界经济萧条和各国环保要求严格限制含氟原料的使用,以及钢铁、炼铝工业技术进步降低了萤石的单耗,致使萤石产量有所下降。进入1984年以后,由于世界钢铁、炼铝和化学工业景况有所好转,使世界萤石产量又开始回升。1989年世界萤石产量达543.3万吨,创历史最高纪录。1990年为515万吨,下降了6%。目前我国已成为世界上最大的萤石生产国,年产量达150万吨,约占世界总产量的29%,其它主要的生产国依次为:蒙古、墨西哥、原苏联和南非。
当前萤石市场的特点是优质萤石生产的崛起,在北美市场上将萤石分为高杂质和低杂质两种。在墨西哥北部、加拿大、巴西等地正在开发一些优质制酸用萤石,北美的消费者已感到优质制酸用萤石供不应求,这几年萤石产量大幅度提高,主要是酸级萤石产量的提高。目前,美国萤石开采业已萎缩,只能依靠国外的供应源才能满足大部分需求。
世界萤石储量约36000万吨,世界人均占有量为0.07吨/人,我国萤石储量约6000万吨,我国人均占有量为0.05吨/人。据有关预测,我国萤石资源的可开采年限约40年。这为我们敲响了警钟!我国萤石在21世纪中、下期有可能出现资源紧缺现象。而到21世纪的中期,我国正发展到一个中等发达国家的水平,萤石是工业用氟的主要来源,在钢铁、炼铝和制冷工业都大量应用,并且这些工业都是我国要大力发展的,这就更显得萤石资源的重要。从长远角度来看,若干年后我国有可能还需要从外国进口萤石,来满足国内钢铁、炼铝、化工等工业的需求。为此,建议我国应限制或禁止出口萤石,保护萤石资源。