天然磨料應(yīng)用促進(jìn)石材發(fā)展

    磨料是一種具有高硬度和一定機(jī)械強(qiáng)度的顆粒材料，用于制造磨具或直接用于研磨和拋光。作為磨料必須具備以下五個(gè)方面的條件：較高的硬度，適度的抗破碎性及自銳性，良好的熱穩(wěn)定性，一定的化學(xué)穩(wěn)定性，便于加工成不同大小的顆粒。磨料分為天然磨料和人造磨料兩大類(lèi)。自然界一切可以用于磨削或研磨的材料統(tǒng)稱(chēng)為天然磨料。好的天然磨料不光要硬，還要有韌性和鋒利，資源豐富或分布廣，還要有一定的純度。雖然人造磨料的制備越來(lái)越精細(xì)，但天然磨料目前仍有一定的地位。

    1天然金剛石

    金剛石（C）是目前已知較硬的物質(zhì)，摩氏硬度為10。常見(jiàn)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)屬于等軸晶系，立方面心結(jié)構(gòu)，典型的原子晶體。金剛石還有六方晶系2H型的多型現(xiàn)象即六方金剛石，系隕石撞擊地表時(shí)所形成，還發(fā)現(xiàn)有四面體晶形的金剛石。

    天然金剛石多為8面體形態(tài)，還有菱形12面體，較少呈立方體。在天然金剛石的{111}面上有明顯的生長(zhǎng)層，生長(zhǎng)層厚度小于10A，而{110}、{100}仍面上不會(huì)產(chǎn)生這樣的生長(zhǎng)層。天然金剛石大多數(shù)呈單晶產(chǎn)出，呈圓粒狀或碎粒狀。純凈的金剛石無(wú)色，但比較少見(jiàn)，多呈不同顏色，如顏色、綠色、棕色、玫瑰色、藍(lán)色、灰色、黑色等。寶石級(jí)金剛石即鉆石僅有于無(wú)色的、近無(wú)色的、淺顏色、粉紅色、藍(lán)色、綠色等。除此之外，其他顏色的金剛石只能在工業(yè)上使用。金剛石密度為3.50~3.52g/cm3，導(dǎo)熱性良好。天然金剛石的產(chǎn)地、礦床類(lèi)型、顏色不同，其硬度也不同。金剛石脆性非常大，具有平行{11}的中等解理，即在外力作用下，易沿晶體中{111}結(jié)晶面裂開(kāi)。金剛石的脆性還與晶體的內(nèi)應(yīng)力、裂縫及其他缺點(diǎn)有關(guān)。晶體的內(nèi)應(yīng)力愈大，具有裂縫和其他缺點(diǎn)也多，在較低的沖擊下就能被劈開(kāi)。

    天然金剛石的形成分兩大礦系，即原生礦和砂礦。原生礦主要為金伯利巖型原生礦，礦床少，質(zhì)量不好，多數(shù)做工業(yè)用。砂礦是生產(chǎn)鉆石的較主要礦床，寶石級(jí)鉆石主要出產(chǎn)于沖擊砂礦。世界較聞名的金剛石產(chǎn)地有南非的金伯利地區(qū)、扎伊爾、澳大利亞西部、俄羅斯的雅庫(kù)特、美國(guó)的阿拉斯加和巴西的西納斯吉拉斯等地。我國(guó)的遼寧、山東、湖南和貴州有金剛石礦，以原生礦為主，但儲(chǔ)量不大。

    天然金剛石作為磨料主要用途有兩個(gè)方面，即修整砂輪、磨削和研磨難加工材料（如硬質(zhì)合金、寶石、玻璃、石料等）。主要工具有天然金剛石砂輪刀，天然金剛石修整器，天然金剛石金剛筆，天然金剛石刀頭，天然金剛石車(chē)刀，金剛石銼刀及玻璃加工工具等。不同用途的金剛石有不同的技術(shù)要求，如用于玻璃加工工具的天然金剛石要求晶體完整，外形為12面體、8面體和過(guò)渡型晶體；顏色不限；透明或半透明；不答應(yīng)有裂紋，晶體內(nèi)部答應(yīng)有微小包裹體。

    2天然剛玉

    在天然礦物中，剛玉硬度僅次于金剛石。剛玉（Al2O3）屬三方晶系，晶體具有離子鍵向共價(jià)鍵過(guò)渡的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)較緊密。單晶體通常呈腰鼓狀、柱狀，集合體呈粒狀或致密塊狀。一般為藍(lán)灰、黃灰色，含鐵者呈黑色。玻璃光澤，摩氏硬度9，無(wú)解理。常因聚片雙晶產(chǎn)生{0001}或{101}的裂理。密度為3.95-4.10g/cm3，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。含鉻而呈紅色的剛玉稱(chēng)紅寶石，而含鈦呈藍(lán)色者稱(chēng)藍(lán)寶石。

    天然剛玉礦中，當(dāng)含有磁鐵礦、赤鐵礦、石英等雜質(zhì)，并呈鐵礦一樣外觀的粒狀集合塊時(shí)，稱(chēng)為剛玉砂（也可稱(chēng)天然金剛砂）。剛玉砂一般情況下約含60％的剛玉，多呈青灰色和黑色，密度2.7－4.3g/cm3，摩氏硬度為7一9。剛玉可以形成于巖漿作用、接觸變質(zhì)作用和區(qū)域變質(zhì)作用過(guò)程中。各種成因的含剛玉礦床或巖石，遭受風(fēng)化作用時(shí)，剛玉往往轉(zhuǎn)入砂礦中。我國(guó)主要產(chǎn)地有江蘇六合、湖北英山等地。這種礦物原料在世界上許多地方的蘊(yùn)藏量都很豐富。作為磨料，剛玉砂常用來(lái)制造砂輪、油石、砂紙、砂布或微粉、研磨膏等。

    3石榴石

    石榴石是指一類(lèi)硅酸鹽礦物，其化學(xué)成分通式為A3B2[SiO4]。其中A代表二價(jià)陽(yáng)離子Mg2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋等，B代表三價(jià)陽(yáng)離子A13＋、Fe3＋、Cr3＋、V3＋等。常見(jiàn)的有鐵鋁石榴石、鎂鋁石榴石、錳鋁石榴石等。石榴石結(jié)構(gòu)緊密，常呈完好晶形，如菱形十二面體、四角三八面體或兩者的聚形。集合體常為致密粒狀或致密塊狀，摩氏硬度6.5一7.5，密度3.5一4.2g/cm3，無(wú)解理。石榴石的礦物種類(lèi)很多，幾乎所有的石榴石都可用于磨料，常用的是鐵鋁石榴石。

    作為一種天然磨料，由于石榴石的工業(yè)銷(xiāo)售價(jià)格低，且在某些特定用途時(shí)有人們所需求的一些品質(zhì)，在很多國(guó)家都得到了一定的應(yīng)用。石榴石磨料呈粒狀，有次貝狀或參差狀斷口，硬度適中，韌性好，邊角鋒利，自銳性好，可在不斷粉碎分級(jí)中形成棱角和邊刃，使其研磨能力優(yōu)于其他磨料。石榴石經(jīng)高溫鍛燒處理后，其韌性增加，研磨效果很好，尤其在木材的研磨加工方面，耐久性還高于氧化鋁磨料。

    在樹(shù)脂磨具中，石榴石可作填充劑替代20％-30％的棕剛玉，效果理想。由于無(wú)游離二氧化硅，石榴石還是理想的%26ldquo;環(huán)保%26rdquo;型噴砂材料。石榴石也可制成固結(jié)砂輪，用以磨削鏡頭和鏡片，主要是樹(shù)脂結(jié)合劑磨具。以石榴石磨料作切割介質(zhì)，依靠高壓水力射流進(jìn)行水刀切割，應(yīng)用于石油（天然氣）管道、鋼材等部件的切割，是一種新型、環(huán)保、安全的切割方式。石榴石對(duì)印刷版、玻璃、陶瓷制品、皮革、石料等的加工，均可獲得良好的效果。

    四川省阿壩州墳川縣石榴石礦區(qū)是中國(guó)較重要的石榴石礦區(qū)，此處的石榴石屬于鐵鋁石榴石。由于硬度低，熔點(diǎn)低（石榴石族熔點(diǎn)1000一1200℃），不適宜磨削硬度高的材料（如黑色金屬），也不適宜作型砂、耐火材料和燒結(jié)磨具。但它在磨削諸如硅片和光學(xué)玻璃這類(lèi)材料時(shí)，卻很少產(chǎn)生擦傷和劃痕的現(xiàn)象，這種獨(dú)特的優(yōu)良性質(zhì)，是同規(guī)格的人造磨料所不可比的。墳川縣的石榴石磨料主要用于研磨顯像管、示波管、單晶硅，研磨鏡頭、鏡片、眼鏡、研磨平板磨砂玻璃、工藝玻璃杯瓶、研磨金屬印版及倒玻璃版的棱等。河北的邢臺(tái)、內(nèi)蒙古烏拉特后旗明星礦、陜西丹風(fēng)礦、吉林通化光華礦、湖北棗陽(yáng)等地也產(chǎn)石榴石。

    4石英、燧石

    石英砂是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要成份是SiO2，顏色多為乳白色、無(wú)色半透明狀，還有其他各種顏色。摩氏硬度為7，性脆、無(wú)解理、貝殼狀斷口、油脂光澤，密度2.65g/cm3。其化學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能具有明顯的異向性，不溶于酸，熔點(diǎn)1750℃。用作磨料的石英礦有脈石英、石英巖及石英砂等。

    砂紙較初用的砂子即為細(xì)粒的石英砂。石英砂的硬度可用于木材加工，但韌性不是很高，也不夠鋒利。石英砂生產(chǎn)的砂布或砂紙以低于用人造磨料所生產(chǎn)的砂布或砂紙的價(jià)格，銷(xiāo)售于廣大農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，雖質(zhì)量低劣，但價(jià)格低廉，也有一定的市場(chǎng)。細(xì)木工有時(shí)用隧石砂紙。隧石是一種微晶石英的巖石，含雜質(zhì)較多，硬度不及石英，但韌性好，其鋒利刃邊可保持較長(zhǎng)時(shí)間。隧石還用于皮革、毛氈等的拋光加工。

    石英也多用于噴砂。噴砂機(jī)的工作原理是利用壓縮空氣帶動(dòng)磨料噴射到工件表面，對(duì)工件表面進(jìn)行微觀切削或沖擊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的除銹、除漆、除表面雜質(zhì)、表面強(qiáng)化及各種裝飾性處理。石英的顆粒形態(tài)接近于圓形和橢圓形，在一定的機(jī)械外力沖擊和一定的潤(rùn)滑劑存在條件下對(duì)金屬表面的沖擊不會(huì)造成劃痕、凹坑等現(xiàn)象，細(xì)小顆�？梢杂行У氐竭_(dá)所需清洗材料表面。石英摩氏硬度為7，在礦物原料中屬于中等偏上，可以有效地將金屬表面的凸出毛刺、鐵銹等去除。由于石英砂對(duì)人體有害，比較安全的是用橄欖石、石榴石和十字石等礦物砂。

    5浮巖、硅藻土、長(zhǎng)石、赤鐵礦

    這些礦物或巖石常用于對(duì)金屬、琺瑯、珠寶、塑料和瓷器拋光。

    浮石是一種玻璃質(zhì)火山巖巖石，具多孔構(gòu)造，氣孔的體積大大超過(guò)了玻璃質(zhì)的體積，因此巖石較輕，可浮于水面。浮石的玻璃質(zhì)中布滿雛晶和微晶，主要成分是二氧化硅，顆粒很細(xì)。它比石英砂紙柔和。比浮石還柔和的是長(zhǎng)石，多用于居家清潔。長(zhǎng)石是一種鋁硅酸鹽，摩氏硬度為6。較好的用于拋光和清潔珠寶及細(xì)瓷的是硅藻土。硅藻土主要是由硅藻的殼體組成，礦物成分主要是蛋白石，具有亞顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分中二氧化硅一般在70％以上，優(yōu)異的達(dá)90％。赤鐵礦即氧化鐵（紫紅鐵粉），由于質(zhì)地比較柔和，主要用于工件清理和拋光目的，如部分光學(xué)玻璃的研磨或拋光用紫紅鐵粉進(jìn)行加工。氧化鐵類(lèi)磨料由于顏色處理十分麻煩，對(duì)環(huán)境污染程度大，應(yīng)用越來(lái)越少。

    6珍珠巖

    珍珠巖是一種玻璃質(zhì)酸性噴出巖，SiO2含量高，超過(guò)65％，一般為65％一78％。堿質(zhì)（K2O十Na2O）含量較高，約為7％一8％。珍珠巖中含水量一般為2％一6％，水是在巖漿快速冷凝時(shí)，其中的水蒸氣來(lái)不及逸出而包裹在其中的。珍珠巖呈無(wú)色、淡灰、蘭綠等顏色，玻璃光澤，一般發(fā)育有同心圓狀的珍珠裂理。珍珠裂理是珍珠巖冷凝收縮時(shí)形成的，是珍珠巖發(fā)育的特征。河南信陽(yáng)上天梯珍珠巖礦床、黑龍江穆棱珍珠巖礦床、浙江絡(luò)云珍珠巖礦等都是大型的珍珠巖礦床，儲(chǔ)量相當(dāng)豐富。

    珍珠巖經(jīng)過(guò)粉碎、篩分等工藝流程，即可成為拋光磨料。珍珠巖磨料主要用于電視機(jī)玻殼、電腦顯示屏、光學(xué)玻璃儀器及玻璃工藝飾品的拋光。在某些計(jì)算機(jī)顯示屏生產(chǎn)中，為了降低顯示屏表面的反光度，保護(hù)操作人員的視力，需要對(duì)顯示屏玻殼表面進(jìn)行打磨。電腦顯示屏玻殼的摩氏硬度一般在6.8一7.0之間，珍珠巖的摩氏硬度為5一6，硬度中等，非常適于玻殼的研磨。將珍珠巖磨料加到玻屏表面在打磨機(jī)上施加一定的壓力，與砂紙一起對(duì)玻屏表面進(jìn)行機(jī)械打磨，使玻殼表面的光澤度達(dá)到適當(dāng)?shù)某潭取?/P>