Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Одноцепочечный кальциевый инозиликат (CaSiO3)
Single chain calcium inosilicate (CaSiO3)
Волластонит – это кальциевый инозиликатный минерал (CaSiO3), который может содержать небольшие количества железа, магния и марганца, замещающих кальций. Обычно он имеет белый цвет. Образуется при воздействии высоких температур и давления на примесный известняк или доломит, что иногда происходит в присутствии флюидов, содержащих кремнезем, как, например, в скарнах или при контакте с метаморфическими породами. Сопутствующими минералами являются гранаты, везувианит, диопсид, тремолит, эпидот, плагиоклазовый полевой шпат, пироксен и кальцит. Минерал назван в честь английского химика и минералога Уильяма Хайда Волластона (1766–1828). Несмотря на химическое сходство с составом минералов группы пироксенa, где замещение магния (Mg) и железа (Fe) на кальций заканчивается диопсидом и геденбергитом соответственно, волластонит структурно сильно отличается, содержа третьим тетраэдром SiO4 в цепочке (в отличие от двух в пироксенах).
Wollastonite is a calcium inosilicate mineral (CaSiO3) that may contain small amounts of iron, magnesium, and manganese substituting for calcium. It is usually white. It forms when impure limestone or dolomite is subjected to high temperature and pressure, which sometimes occurs in the presence of silica bearing fluids as in skarns or in contact with metamorphic rocks. Associated minerals include garnets, vesuvianite, diopside, tremolite, epidote, plagioclase feldspar, pyroxene and calcite. It is named after the English chemist and mineralogist William Hyde Wollaston (1766–1828). Despite its chemical similarity to the compositional spectrum of the pyroxene group of minerals—where magnesium (Mg) and iron (Fe) substitution for calcium ends with diopside and hedenbergite respectively—it is structurally very different, with a third |SiO4(4 ) tetrahedron in the linked chain (as opposed to two in the pyroxenes).
Тенденции производства
По оценкам, в 2021 году мировое производство сырой волластонитной руды составило 1 200 000 тонн. Мировые запасы волластонита, по оценкам, превышают 100 миллионов тонн, хотя некоторые известные месторождения остаются необследованными. Основными производителями волластонита являются Китай, Индия, Соединенные Штаты, Мексика и Финляндия. В Соединенных Штатах волластонит добывается в Уиллсборо и Гувернере, штат Нью-Йорк (первая лаборатория для изучения местного волластонита была основана Кортом Бернхэмом в Эссексе, штат Нью-Йорк, в 1940-х годах. Оригинальное здание лаборатории сохранилось и используется как жилое и коммерческое помещение). Коммерческая добыча также велась в северо-западной Мексике. В 2008 году цена на сырой волластонит варьировалась от 80 до 500 долларов США за тонну в зависимости от страны, а также размера и формы частиц порошка. Добавление волластонита в почву стимулирует минерализацию органического углерода.
Estimated world production of crude wollastonite ore was 1,200,000 tonnes in 2021. World reserves of wollastonite are estimated to exceed 100 million tonnes, though some existing deposits have not been surveyed. Major producers of wollastonite include China, India, the United States, Mexico, and Finland. In the United States, wollastonite is mined in Willsboro, New York (the first laboratory for local wollastonite research was in Essex, New York by Koert Burnham in the 1940s. The original laboratory building still exists as a residential & commercial building) and Gouverneur, New York. Deposits have also been mined commercially in North Western Mexico. The price of raw wollastonite in 2008 varied between US$80 and US$500 per tonne depending on the country and size and shape of the powder particles. Addition of wollastonite to soil stimulates organic carbon mineralization.
Керамика
Волластонит имеет промышленное значение в производстве керамики как добавка. В керамике волластонит снижает усадку и выделение газов при обжиге, повышает прочность в сыром и обжжённом состоянии, сохраняет белизну при обжиге, обеспечивает возможность быстрого обжига и уменьшает образование кракелюров, трещин и дефектов глазури.
Wollastonite has industrial importance in ceramics manufacturing as an additive. In ceramics, wollastonite decreases shrinkage and gas evolution during firing, increases green and fired strength, maintains brightness during firing, permits fast firing, and reduces crazing, cracking, and glaze defects.
Металлургия
В металлургических применениях волластонит используется в качестве флюса для сварки, источника оксида кальция, модификатора шлака и для защиты поверхности расплавленного металла при непрерывной разливке стали.
In metallurgical applications, wollastonite serves as a flux for welding, a source for calcium oxide, a slag conditioner, and to protect the surface of molten metal during the continuous casting of steel.
Краска
В качестве добавки в краску волластонит повышает долговечность покрытия, служит буфером pH, улучшает устойчивость к атмосферным воздействиям, снижает глянцевость, уменьшает расход пигмента и выполняет функции матирующего и суспендирующего агента.
As an additive in paint, wollastonite improves the durability of the paint film, acts as a pH buffer, improves its resistance to weathering, reduces gloss, reduces pigment consumption, and acts as a flatting and suspending agent.
Пластик
В пластмассах волластонит повышает прочность на растяжение и изгиб, снижает расход смолы и улучшает термо- и размерную стабильность при высоких температурах. Для улучшения адгезии между волластонитом и полимерами, в которые он добавляется, применяются поверхностные обработки. По оценкам, в 2009 году на пластмассы и резину приходилось от 25% до 35% продаж в США, далее следует керамика – от 20% до 25%, краски – от 10% до 15%, металлургические применения – от 10% до 15%, фрикционные материалы – от 10% до 15% и прочие – от 10% до 15%. На керамические применения, вероятно, приходится от 30% до 40% мировых продаж волластонита, за ними следуют полимеры (пластмассы и резина) с долей от 30% до 35% и краски – от 10% до 15%. Остальные продажи приходятся на строительство, фрикционные материалы и металлургические применения.
In plastics, wollastonite improves tensile and flexural strength, reduces resin consumption, and improves thermal and dimensional stability at elevated temperatures. Surface treatments are used to improve the adhesion between the wollastonite and the polymers to which it is added. Plastics and rubber applications were estimated to account for 25% to 35% of U. S. sales in 2009, followed by ceramics with 20% to 25%; paint, 10% to 15%; metallurgical applications, 10% to 15%; friction products, 10% to 15%; and miscellaneous, 10% to 15%. Ceramic applications probably account for 30% to 40% of wollastonite sales worldwide, followed by polymers (plastics and rubber) with 30% to 35% of sales, and paint with 10% to 15% of sales. The remaining sales were for construction, friction products, and metallurgical applications.
Заменители
Игольчатая форма многих волластонитовых продуктов позволяет им конкурировать с другими игольчатыми материалами, такими как керамическое волокно, стекловолокно, стальное волокно и некоторые органические волокна, такие как арамид, полиэтилен, полипропилен и политетрафторэтилен, в изделиях, где требуется повышение размерной стабильности, модуля изгиба и сопротивления тепловой деформации. Волластонит также конкурирует с рядом неволокнистых минералов или пород, таких как каолин, слюда и тальк, которые добавляются в пластмассы для увеличения прочности на изгиб, и с такими минералами, как барит, карбонат кальция, гипс и тальк, которые обеспечивают размерную стабильность пластмасс. В керамике волластонит конкурирует с карбонатами, полевым шпатом, известью и кремнезёмом как источник кальция и кремния. Его применение в керамике зависит от состава керамической массы и метода обжига. Ранее волластонит структурно классифицировался к группе пироксинов, поскольку в обеих группах отношение Si:O составляет 1:3. В 1931 году Уоррен и Биское показали, что кристаллическая структура волластонита отличается от структуры минералов группы пироксинов, и отнесли этот минерал к группе, известной как пироксеноиды. Координационное число ближайших соседей Ca O уменьшается с 6,0(2) в стекле комнатной температуры до 5,0(2) в жидкости при 1700 °C, что совпадает с увеличением числа более удалённых соседей Ca O.
The acicular nature of many wollastonite products allows it to compete with other acicular materials, such as ceramic fiber, glass fiber, steel fiber, and several organic fibers, such as aramid, polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene in products where improvements in dimensional stability, flexural modulus, and heat deflection are sought. Wollastonite also competes with several nonfibrous minerals or rocks, such as kaolin, mica, and talc, which are added to plastics to increase flexural strength, and such minerals as barite, calcium carbonate, gypsum, and talc, which impart dimensional stability to plastics. In ceramics, wollastonite competes with carbonates, feldspar, lime, and silica as a source of calcium and silicon. Its use in ceramics depends on the formulation of the ceramic body and the firing method. Wollastonite was once classed structurally among the pyroxene group, because both of these groups have a ratio of Si:O = 1:3. In 1931, Warren and Biscoe showed that the crystal structure of wollastonite differs from minerals of the pyroxene group, and they classified this mineral within a group known as the pyroxenoids. The nearest neighbor Ca O coordination decreases from 6.0(2) in the room temperature glass to 5.0(2) in the 1700 °C liquid, coincident with an increasing number of longer Ca O neighbors.