基本介紹
- 中文名：藍晶石
- 外文名：kyanite
- 別稱：二硬石
- 類別：高鋁礦物
- 化學式：Al2SIO4O
- 顏色：藍色、帶藍的白色、青色。
- 光澤：玻璃光澤
- 透明度：透明至半透明
- 條痕：不明顯
- 硬度：5.5－7.0
- 比重：3.53～3.65
礦藏簡介,物理性質,成因,產地,用途,特徵,高溫分解,工業指標,工藝特性,選礦方法,質量標準,工藝技術,發展趨勢,
礦藏簡介
藍晶石英文名稱kyanite，源於希臘語kyanos，指藍晶石最普遍的顏色。是島狀結構矽酸鹽礦物，成分為Al2[SIO4]O。與紅柱石、矽線石成同質多象。屬於三斜晶系，晶體呈扁平的板條狀，常呈柱狀晶形，可見雙晶。有時呈放射狀集合體。顏色有藍色、帶藍的白色、青色。具﹛100﹜完全和﹛010﹜中等的兩組解理。硬度有明顯的異向性，故又名二硬石。平行晶體伸長方向上摩氏硬度為4.5，垂直方向上為6，比重3.53～3.65。可見435nm，445nm吸收光譜帶。區域變質作用產物，在結晶片岩和片麻岩中出現。當加熱到1300℃時，藍晶石變為莫來石，是高級耐火材料。也可提取鋁。
藍晶石
藍晶石藍晶石色麗透明的晶體可作寶石，以深藍色為佳。美國北卡羅來納州產有深藍、綠色的寶石藍晶石。晶體可磨製成刻面寶石或珠狀，但很難琢磨和拋光。
藍晶石的理論組成是為62.93%， 為37.07%。由於藍晶石礦物晶體往往含有少量的副生礦物成分，所以一般情況下含量是達不到理論值的。對藍晶石礦物的精礦來說，其含量為藍晶石和雜質礦物之和。
物理性質
對稱特點：點群1，空間群P1。
硬度：硬度在各個方向上顯著不同，在發育完全的解理的面上，為4～5。在垂直晶體延長的方向為6～7，表現出極其顯著的各向異性，故藍晶石又名二硬石。
比重：3.53~3.64。
解理：(100)解理完全，(010)解理中等到完全。
斷口：易破碎。
顏色：一般呈藍色，有時由於晶石上面有斑點，或紋理顏色不均勻，致使中部顏色較深。
條痕：不明顯。
透明度：透明至半透明。
光澤：玻璃光澤，斷口可具玻璃光澤至珍珠光澤。
化學組成：天然產出的藍晶石，往往接近於理想成分。 可含有 Cr 、 Fe 、 Ca 、 Mg 、 Ti 等元素。
結晶狀態：晶質體。
晶系：三斜晶系。
常見顏色：淺至深藍、綠、黃、灰、褐、無色。
C軸方向： 4－5
垂直C軸方向： 6－7
密度： 3.68 (+0.01 ，—0.12)
光性特徵：非均質體，二軸晶，負光性。
折射率： 1.716 －1.731 （± 0.004 ）。
雙折射率： 0.012－0.017 。
紫外螢光：弱
長波：紅
短波：無
吸收光譜：435nm，445nm 吸收帶。
放大檢查：固體礦物包體，解理，色帶。
特殊光學效應：貓眼效應（稀少）。
最佳化處理：未知。
成因
藍晶石為島狀鋁矽酸鹽，屬三斜晶系，沿C軸呈扁平長柱狀。有時晶體的末端膨大呈帽狀%晶面具有條紋%是一種變質礦物，主要產於區域變質結晶片岩中，其變質相由綠片岩相到角閃岩相。
藍晶石存在三種形態：
（1）針狀和纖維狀集合體
（2）富含藍晶石的假象藍晶石集合體
（3）藍晶石結合礦
產地
美國加利福尼亞州、衣阿華州、喬治亞州；加拿大、愛爾蘭、法國、義大利、瑞士、印度、巴西、朝鮮，澳大利亞等。
藍晶石飾品
藍晶石飾品中國從四十年代開始對藍晶石礦產調查以來，特別是七十年代末到八十年代初，做了大量的普查勘探工作，發現藍晶石礦20餘處，分布十幾個省區。主要礦床分布：江蘇沭陽的韓山、河南隱山、河北邢台、內蒙古點布斯廟、新疆布拉蓋、山西繁峙、安徽岳西和霍山、遼寧大荒溝、四川汶川、雲南熱水塘、吉林磐石、陝西洋縣儻河口等。
用途
由於藍晶石礦物的特性，故用來製造優良的高級耐火材料、耐火砂漿、水泥、鑄造耐製品、塑膠搗打混合料、技術陶瓷、汽車發動機的火花塞、絕緣體、球磨機球體、試驗器皿，耐震物品等。並可用電熱法煉製矽鋁合金，套用于飛機、汽車、火車、船舶的部件上。隨著鋼鐵工業的發展，此類礦以耐火磚，型材等形式製造熱風爐、熱風塔、再熱爐、均熱爐等的關鍵部位。製造窯爐設施，還可用於各種輔助性澆注和操作設備上。它們可以用於生產噴渡薄膜、製造結晶氟石和超音速飛機的前緣、宇宙飛船的金屬附屬檔案，部分還可作寶石。此外可用作研磨料，作釉成分以及不滑的地板材料。
藍晶石
藍晶石（1）利用藍晶石高溫一次永久性膨脹特性（直接加入不定形耐火材料、如澆注料、可塑膠、膠泥中作高溫膨脹劑）只要加入5%～15%就能提高製品的荷重軟化溫度耐壓強度，改善燒後線變化指標，消除不定形耐火材料在高溫和冷卻過程中產生的收縮裂紋，剝落以及影響使用壽命等弱點#從而延長爐襯壽命。
（2）用藍晶石高鋁礦物生產的鋁酸鹽纖維#可用於製作汽車、宇宙飛船和雷達的零部件。
（3）用藍晶石煅燒形成的莫來石製作高級耐火材料，用於高溫爐可使其爐齡延長5～6年，並節約能源。
（4）在高鋁水泥中加入5%～15%的藍晶石#可製成藍晶石水泥，耐火溫度高達1650℃，可套用于軍工建築。
藍晶石因此世界上對藍晶石類礦物的開發利用越來越重視，特別是幾個發達的國家，如在日本，藍晶石是耐火混凝土、可塑膠、高鋁水泥的重要原料。美國和一些國家用藍晶石預燒製成各種牌號的莫來石質熟料，廣泛地套用於陶瓷和精密鑄造等部門。蘇聯用藍晶石－矽線石精礦製造的輕質磚。採用藍晶石作膨脹劑配製的不定型耐火材料在加熱爐上的試用是成功的，其表面裂紋少，使用中跑火現象也少，使用效果較好。總之藍晶石是不定型耐火材料良好的膨脹劑。
耐火材料
(1) 在高溫下體積穩定，不收縮 。
(2) 比其他高鋁耐火材料生成本低。
(3) 性能好。比粘土磚損耗低壓43%，耐火度高達1825°C以上。
(4) 節約能源。熱容比粘土磚高12%，用於馬丁爐可縮短冶煉時間，能耗少。
(5) 加入不定形耐火材料中作高溫膨脹劑，使產品在高溫下不收縮和剝落 。主要套用於冶金、建材、機械、化工、輕工、核工業告等行業。
矽鋁合金和金屬纖維
（1） 比用合成法（用熔鍊金屬矽和電解鋁）或用電熱還原高嶺土等方法成本低，經濟效益高。
（2） 可滿足製造汽車、宇宙飛船和雷達部件的特殊技術要求道的，冶金、機械、宇航等工業部門。
特徵
藍晶石綠泥片岩型礦石，主要礦物為藍晶石和綠泥石。次要礦物為斜長石、黑雲母、白雲母、石英，石墨等。
偉晶狀藍晶石礦石，主要礦物為石英、藍晶石、次要礦物為絹(白)雲母等。
藍晶石礦物分子式、物理性能
礦物名稱 | 分子式 | 晶系 | 晶形 | 硬度 | 比重 | 轉變溫度（℃） | 體積膨脹（%） |
藍晶石 | AL2(Si04)0 | 三斜 | 板狀 | 5.5－7 | 3.56－3.68 | 1100－1480 | 16－18 |
藍晶石礦物在高溫下(1100－1650℃)煅燒轉變為莫來石和熔融狀游離二氧化矽(方石英)，同時產生不同程度的體積膨脹。
莫來石具有很高的耐火度(1800℃時仍很穩定)，化學惰性和良好的機械強度。其礦物性質如下：密度（3.16）莫氏硬度(6－7)耐火度(1800°C時仍很穩定，1810°C分解為剛玉和液相)。
三類變態
藍晶石是一種變質礦物，主要產於區域變質結晶片岩中，其變質相由綠片岩相到角閃岩相。根據含藍晶石的形態特點，將藍晶石礦分成如下三類變態：
(1)針狀和纖維狀集合體(纖維針狀礦石)。
(2)富含空晶石的假象藍晶石集合體(假象型礦石)。
(3)藍晶石結核礦(結核型礦石)。如礦床同時含有上述三種變態，這類礦屬於混合型。
礦床工業類型
藍晶石礦床工業類型主要有：黑雲石榴藍晶石片麻岩型、藍晶石綠泥片岩型、黃玉藍晶石石英片岩型，偉晶狀藍晶石型。
藍晶石藍晶石綠泥片岩型礦石產於太古代，藍晶石不均勻地分布在綠泥片岩中。礦體呈透鏡狀，藍晶石含量由百分之幾到百分之二十幾。原岩含鎂較高，有時含有微量剛玉。
偉晶狀藍晶石礦床，礦體呈不連續的小扁豆體，分布在古生代黑雲母片岩中，礦石組成簡單，藍晶石晶體一般在5厘米以上。
高溫分解
藍晶石在高溫下是不穩定相。當加熱到一定溫度時，轉化為莫來石和玻璃聚合體。
即藍晶石在高溫鍛燒時，於1100開始分解，至1300藍晶石分解加劇，有大量莫來石生成。1350時分解速度加快，並以1450完全分解，當溫度達到1500，開始出現石英玻璃以及纖維狀莫來石晶體。方石英形成在1450以下，這就是說，藍晶石在高溫下分解出來的SiO2，在藍晶石完全分解的溫度以下，以方石英相形式存在。
藍晶石高溫分解
藍晶石高溫分解隨煅燒溫度的升高，藍晶石分解有如下特點：
1、藍晶石開始分解溫度始於1100左右。
2、藍晶石顯著分解溫度為1300或1360，此時生成的莫來石達到理論生成量的3/4，含量大於60%。顯著分解的溫度範圍是1300－1450或1350－1450。
3、藍晶石完全分解的溫度大於1450。
藍晶石在不同煅燒溫度的膨脹性受其莫來石化制約。藍晶石的膨脹性隨溫度的提高分為三個階段：
1、膨脹平緩期：
溫度1100－1300(或1350)，此階段體積膨脹不大，藍晶石緩慢分解，莫來石化不完全，晶體微小。
2、膨脹劇化期：
溫度1300－1450(1350－1450)，此階段體積膨脹很大，藍晶石快速分解，莫來石化漸趨完全。
3、膨脹下降期：
溫度高於1450，在此階段，藍晶石已完全分解，莫來石化完全，晶體發育。相變階段結束向燒結過渡，物料膨脹下降乃至產生收縮。
工業指標
原礦含量和開採技術條件( 藍晶石)
藍晶石
藍晶石邊界品位（%）：≥5
工業品位（%）：≥10
可采厚度（m）：≥1－2
夾石剔除厚度（m）：≥1－2
註：圈定礦體時，須按藍晶石礦物含量5－10%，>10－15%，>15－20%，>20%分別試圈並計算儲量。
工藝特性
(1) 熱膨脹性
藍晶石加熱至1000℃無變化，在1300℃以上逐漸轉變為莫來石和白矽石。藍晶石在轉化為莫來石的過程中將產生一定的體積膨脹、體積膨脹分：平緩期、劇化期、下降期、平緩期。
藍晶石礦物
藍晶石礦物當溫度在1100～1300℃時，試樣體積膨脹不大，藍晶石分解緩慢，莫來石化不完全，晶體微小劇化期，當溫度達到1300～1450℃時，藍晶石快速分解，莫來石化漸趨完全，體積膨脹很大，約在1450℃時達到最大下降期。當溫度超過1450℃時，藍晶石已完全分解，莫來石化完成晶體開始發育物料基本不再膨脹，甚至產生收縮，
藍晶石的膨脹性是評價其質量的重要依據。藍晶石顆粒越大，體積膨脹也越大，反之則小’藍晶石的膨脹性不僅與顆粒有關，同時也與純度有關，純度越高，膨脹也就越大，並隨Al2O3含量增高，其線膨脹也增大。
藍晶石的膨脹性是評價其質量的重要依據。藍晶石顆粒越大，體積膨脹也越大，反之則小’藍晶石的膨脹性不僅與顆粒有關，同時也與純度有關，純度越高，膨脹也就越大，並隨Al2O3含量增高，其線膨脹也增大。
(2) 穩定性
藍晶石礦物生產耐火材料穩定性比粘土質耐火材料高1.5倍。藍晶石耐火磚比粘土磚的損耗低43%，比粘土磚壽命長150－200爐。
(3) 耐火度高
一般粘土質耐火材料的耐火度為1670－1770℃，而藍晶石的耐火材料通常大於1790℃，最高大於1850℃。
(4) 不可逆性
選礦方法
藍晶石礦物的選礦，一般使用浮選、磁選、重選三種方法。也有採用電選方法，但常以重選浮選為主。磁選作為除雜手段。具體的選礦方法、藥劑制度、選別流程要根據礦床特徵、礦石組成、結構構造、圍岩性質等情況而定。細粒嵌布的藍晶石礦石，主要採用浮選方法。因為藍晶石礦物與脈石礦物與脈石礦物的比重不大，一般不考慮重選。
藍晶石
藍晶石混合型藍晶石礦石，包括粗粒嵌布和細粒嵌布的兩種類型的礦石，可採用重浮聯合流程。
質量標準
有用元素及主要伴生元素對原料的影響
藍晶石原料化學成分直接影響著藍晶石耐火度，膨脹率和各製品的性能。為保證耐火製品具有高溫條件下的良好性能，對原料化學成分，尤其是鋁、矽、鐵、鈦、鹼金屬等的含量均有比較嚴格的要求。該原料用於其它方面的要求並不象用於耐火材料和冶煉鋁矽合金那樣嚴格，如用於鑄鋼和鑄鐵中的防粘沙物原料，要求 3%、4%對鐵和鋼的鑄件都沒有什麼影響。如果呈金紅石狀態存在，其含量即使很多，對鑄件也不會產生壞的影響。
國家標準
中國藍晶石礦物的利用，尚處於初級階段，對原料化學成分的要求，還沒有制定統一的國家標準。
部頒標準
中國對藍晶石礦物精礦化學成分的要求，是按原地質部和冶金部1981年“東海會議”制定的詳查階段對精礦產品的一般參考指標，見下表：
成分 | |||||
含量（%） | ≥55－60 | <42 | <1.5 | <1.5 | <1 |
企業標準
中國對藍晶石礦作了一些工作，結合用戶要求，制定企業標準，見下表：
成分 用途 | Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | TiO2 | Na2O+K2O | 耐火度（°C） |
高級耐火材料 | >50 | <1－2 | <1－1.5 | ≥1790 | ||
技術陶瓷原料 | >55 | <0.5－0.15 | <0.5 | |||
矽鋁合金原料 | >58 | <37 | <1.5 | |||
耐火材料（寶剛） | ≥60 | ≤1.5 | <2.0 | ≥1825 |
工藝技術
綜合利用技術方法及工藝流程
藍晶石礦物的選礦，一般使用浮選、磁選、重選三種方法，也有採用電選方法，但常以重選浮選為主。磁選做為除雜手段。原則工藝流程見下圖1所示。
單一浮選原則工藝流程1
單一浮選原則工藝流程1粗粒嵌布藍晶石礦石，包括粗粒級和細粒結核狀礦石，合理的選礦工藝是重選或重浮聯合。首先將礦石分成粗細兩個粒級，粗粒級用重選搖床處理，細粒級浮選法回收。
入選粒度：粗粒35－65目，細粒－65目。流程的最大特點是避免了粗粒藍晶石的過粉碎，提高了回收率，同時也保證了精礦中大於65目的藍晶石礦物粒度。原則工藝流程見下圖2所示。
分級浮選原則工藝流程2
分級浮選原則工藝流程2混合型藍晶石礦石，包括粗粒嵌布和細粒嵌布的兩種類型的礦石，可採用重浮聯合流程（見下圖3）。也可採用分級浮選法，選礦流程為：脫泥後的物料分成+60目和-60目二個粒級，然後分別進行浮選，其優點是粗粒藍晶石回收率高。原則工藝流程如下：
重一浮聯合原則工藝流程3
重一浮聯合原則工藝流程3開發生產實例
(1)原礦性質
該礦區藍晶石賦存於石榴黑雲斜長片麻岩中。根據礦石的基本性質及礦物成分，礦石可分為三個基本自然類型：①含石榴藍晶黑雲斜長片麻岩。
②含石墨藍晶黑雲斜長片訂岩。
③含石榴藍晶黑雲變質岩。其中含石榴藍晶黑雲斜長片麻岩為本區主要的礦石自然類型。礦石的礦物組成見下表。原礦的化學成分見下表：
化學成份 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | TiO2 | CaO | MgO | K2O | Na2O |
含量（%） | 54.34 | 25.51 | 1.62 | 5.11 | 1.09 | 0.49 | 1.87 | 4.25 | 0.88 |
(2)工藝流程
魏魯藍晶石選廠採用磁選一浮選流程。選礦工藝流程見下圖。原礦磨至-0.2mm，脫泥後進行磁選作業，磁選精礦進入重選（搖床）作業，獲得鐵鋁榴石精礦。磁選尾礦作為浮選藍晶石原料。浮選是在常溫下用石油磺酸鈉作捕收劑，硫酸作pH值調劑（pH=2—3）。經一粗一精選別作業，再經脫泥後得到藍晶石精礦。
魏魯藍晶石礦選礦工藝流程
魏魯藍晶石礦選礦工藝流程魏魯藍晶石礦選礦工藝流程
(3)產品規格
魏魯藍晶石礦除生產藍晶石浮選精礦外，還生產顆粒較大、品位較高的手選藍晶石精礦。產品規格見圖：
魏魯藍晶石礦產品規格
(4)技術經濟指標 魏魯藍晶石礦技術經濟指標（1989年）見下表。
項目 | 單位 | 指標 |
原礦處理量 | Kt/a | 30 |
精礦產量 | t/a | 3000 |
礦石粒度 | ||
原礦粒度 | mm | 300 |
入磨粒度 | mm | 20 |
入選粒度 | -200目含量（%） | 50 |
礦石品位 | ||
原礦 | % | |
精礦 | % | |
尾礦 | % | |
選礦比 | ≥10 | |
選礦回收率 | % | ≥70 |
藥劑耗量 | ||
石油磺酸鈉 | g/t | 1500 |
硫酸 | g/t | 1000 |
發展趨勢
開發現狀
隨著工業利用範圍的擴大，藍晶石精礦需求量將會不斷增長，其增長率一般每年為5－7%。在鋼鐵工業方面增長率每年為10%。預計明年中國冶金工業需用藍晶石量可達4－6萬噸。電器、無線電、化學瓷、高強瓷等行業需用藍晶石量可達1.4萬噸。若加強出口能力，約為3萬噸。
藍晶石開發利用存在產品與市場需求不對路的局面，高質量藍晶石產品供不應求。低質量藍晶石產品已趨飽和，造成市場缺口較大。應加強選礦技術研究，開發出經濟上合理的高質量藍晶石產品生產技術，改變供求矛盾。
趨勢
（1）藍晶石精礦在鋼鐵工業、製備地板和牆體耐火磚等方面的用量將有較大增長。在玻璃和陶瓷工業方面的用量將處於穩定狀態。
（2）對藍晶石精礦的要求主要是向高純度方向發展，其製品向多種和高質量方面發展。
（3）重選及反浮選工藝用於超純度藍晶石精礦的生產是有發展前途的，應加強套用技術研究及生產轉化。
