0 引言

硅灰石是一种无机针状矿物，属于链状偏硅酸盐，主要由Ca、Si、O元素组成，具有较好的化学稳定性能。由于硅灰石具有无毒、耐化学腐蚀、较高的白度和折射率、力学性能和电性能优良、无磁性、强耐热、低吸水和吸油性、且具有一定的补强作用等特点，广泛应用于冶金、塑料、橡胶、陶瓷、建材、涂料、造纸等行业^[1]。

VOSviewer是荷兰莱顿大学科技研究中心开发的一款基于Java的免费软件，主要面向文献数据，适用于网络分析，侧重科学知识的可视化。通过文献知识单元（关键词和作者等）的关系构建和可视化分析，利用图谱展现知识领域的结构、进化、合作等关系，图形展示能力强，适用于大量文献的数据分析^[2]。

通过对近三十年来关于硅灰石的文献进行广泛调研，运用VOSviewer软件，对硅灰石不同阶段研究热点、科研人员进行图谱展示，并论述分析相关研究内容。最后，讨论了江西硅灰石产业现状及技术发展趋势，并在此基础上总结并展望硅灰石复合材料的发展趋势。

1 硅灰石研究情况 1.1 不同阶段硅灰石研究热点

通过https://cnki.net检索相关文献，检索条件：(主题=硅灰石或者keywords=中英文扩展（硅灰石）或者title=中英文扩展（硅灰石）或者abstract=中英文扩展（硅灰石））（模糊匹配）；数据库：文献跨库检索，文献总数：2 893篇。使用VOSviewer软件进行关键词聚类分析，结果如图 1所示。

图 1中，关键词圆圈大小代表关键词出现频次，颜色从紫色到黄色依次代表年份（1995—2020年）。根据相关性及颜色，在图 1中划出10个节点，用A—J表示。

节点A：颜色最接近紫色，早期研究热点为釉面砖、硅灰石矿。1975年在湖北大冶—阳新一带发现硅灰石矿床；1981年吉林梨树县硅灰石样品进入广交会，开启了人们对矿物本身的研究；20世纪80年代，戴长禄等编写的《硅灰石》小册子中硅灰石的工业品位还未确定，硅灰石的检测方法虽有多种，但未形成标准。

节点B：硅灰石英文名称为wollastonite，该名称是为纪念英国的化学家与矿物学家Wollastone。颜色为频次与时间加权计算后的结果，可以看出，近期的中文文献中英文名称wollastonite出现的频次逐渐增多。

节点C、D、E、F：主要集中在2000—2005年，该阶段开始较多表面改性（英文表述为surface modification）和超细粉碎等方面的研究。

节点D：保护渣。韩秀丽等以水泥熟料、工业矿物为主要原料，实验室配制保护渣，运用工艺矿物学方法，研究硅灰石对保护渣结晶性能及对应渣膜矿相结构的影响规律。同一冷却速率下，提高硅灰石的含量，可降低试验渣的结晶温度；硅灰石每增加2%，临界冷却速率平均下降2 ℃/s；结晶孕育时间随硅灰石含量增加而延长，有利于铸坯的润滑。当硅灰石含量大于17%时，黏度增加幅度不大，但热流密度增大显著，不利于控制传热^[3]。

节点E：为2005年前后，研究热点为聚丙烯（polypropylene）、环氧树脂。

节点F：研究热点为生物活性，由于硅灰石与人骨组织的相容性较好，可用于假骨移植。

节点G：为2005—2010年研究热点，如微晶玻璃等。

节点H：为2010—2015年研究热点，包括力学性能（mechanical properties）、摩擦磨损、复合材料、阻燃性能。

节点I：主要关键词有矿床成因、找矿背景、西藏，对应2018年江西省新余市找到大规模硅灰石矿床及西藏的大型矿床。

节点J：为近期的研究，还未形成聚类，其中熔融法中心性高，是一种人工合成硅灰石的方法。最新的研究成果中，造纸、发泡剂等关键词出现较多。

1.2 硅灰石研究相关专家聚类

使用VOSviewer软件进行作者合作分析，由紫色—黄色标出不同研究阶段，时序分析结果如图 2所示。

1.2.1 早期发表的成果

1）医学材料研究

杨为中等采用溶胶—凝胶法制备前驱体粉体，经高温煅烧制备了名义化学组成为w（MgO）=4.6%、w（CaO）=44.9%、w（SiO₂）=34.2%、w（P₂O₅）=16.3%、w（CaF₂）=0.5%的磷灰石—硅灰石生物活性玻璃陶瓷。因其晶相组成及良好的微观结构，通过新型溶胶—凝胶工艺开发的生物活性玻璃陶瓷材料，有望被用于骨修复材料及骨组织工程支架材料^[4-5]。

张翔等在磷灰石—硅灰石（AW）生物活性玻璃表面，利用等离子辅助化学接枝方法接枝精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）多肽。材料MG-63细胞共培养实验及材料新西兰成年大白兔体内植入实验的结果表明，表面化学接枝RGD多肽的RGD-AW复合材料能够显著地促进类成骨细胞的黏附和铺展，在第2周、第4周、第8周时均能加速新骨的生成及骨组织结构和功能的重建^[6]。

2）摩擦材料应用研究

沈上越等重点研究了针状硅灰石和纤维状海泡石在摩擦材料中的应用。结果表明，改性纤维海泡石及针状硅灰石与纤维海泡石按一定比例混合使用，可作为摩擦材料的增强材料^[7]。

有学者研究了硅灰石、海泡石等针状非金属矿物材料在摩擦材料增强改性方面表现出较好的性能，同时，分析了硅灰石填充的干滑动磨损性能及机理^[8-9]。

3）硅灰石粉磨及改性研究

刘新海等采用多种超细粉碎设备对制备超细高长径比硅灰石进行了研究，通过粉碎产品粒度检测、扫描电子显微镜（SEM）分析，表明流化床式气流粉碎可有效保护硅灰石的针状晶体形貌^[10]。

樊世民等采用化学方法使硅灰石颗粒表面包覆纳米颗粒层，成功制备出表面包覆上纳米颗粒的重质碳酸钙、硅灰石等非金属矿物粉体，以解决硅灰石在塑料等行业使用中遇到的问题，硅灰石粉体表面成功包覆上50 nm左右的颗粒层，包覆率超过95%^[11]。

晓非通过整理资料显示，随着硅灰石需求量不断增长，硅灰石生产项目总数逐渐增多。墨西哥、加拿大、印度等成为硅灰石的重要生产国。在市场需求方面，塑料制品的硅灰石用量增长最快^[12]。介绍了国外硅灰石在石棉代用品、塑料橡胶、陶瓷工业上的应用及人工合成硅灰石、硅灰石深加工特别是表面改性方面的研究进展^[13]。

4）陶瓷、釉面材料及微晶玻璃研究

戴长禄等针对硅灰石坯体具有烧成温度低、速度快、膨胀系数低、坯体白度较低等特点，介绍了硅灰石低温快速烧成釉面砖的过程^[14]。

李浩义等在釉料配制过程中引入10%~60%的玻璃纤维生丝替代熔块，配制彩釉墙地砖釉料，选用配比为：玻璃纤维生丝10%~60%、锆英石0~15%、伊利石黏土0~40%、硅灰石和（或）透辉石0~50%、长石0~20%、三氧化二铝0~10%、氧化锌0~10%、石英0~15%、高岭土0~15%，色素0~15%（外加）。具有耗能低、成本低、减少配制熔块釉过程、避免熔块釉被有毒化合物的侵害、能避免高温、粉尘等优点^[15]。

田清波等采用熔融法制备了不同P₂O₅含量的CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃样品，研究了P₂O₅对该系微晶玻璃析晶的影响规律。结果表明，超过P₂O₅饱和溶解度（10.0%，m/m）后将析出α-磷酸钙相。玻璃中添加4.0%（m/m）P₂O₅时以表面析晶为主，析出晶体为钙长石及少量硅灰石；进一步提高P₂O₅含量，将抑制玻璃表面析晶，促进玻璃分相和整体析晶；当P₂O₅含量达到10%时，玻璃以整体析晶为主，在分相区内外区域析出的晶体均呈现为细小粒状^[16]。

5）造纸应用研究

郑水林等选用硅酸铝对硅灰石进行表面包覆无机改性，并用硅烷对无机改性粉体再次包覆后得到一种硅灰石复合改性粉体。将复合改性粉体填充PP和PA6制备了PP和PA6基复合材料；采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能量色散X射线光谱仪（EDX）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）等检测手段对不同材料的冲击断面进行了表征。结果表明，硅灰石表面的纳米硅酸铝粒子包覆及硅烷的有机改性可显著改善硅灰石和PP、PA6的结合界面，另外，拉伸强度、弯曲强度和热变形温度均有所提高^[17]。

郑水林等进行了硅灰石表面复合改性及其填充PA6性能研究、非均匀成核法制备硅酸铝—硅灰石复合粉体材料、煅烧硅灰石抗静电性能研究、硅酸铝包覆硅灰石复合粉体表面硅烷改性研究、三氧化二锑—硅灰石复合填料的制备及在聚丙烯中的填充性能等研究^[17]，并活跃在硅灰石乃至粉体研究的一线。

王兆华等发明了一种造纸用低磨耗硅灰石矿物纤维，是由各自独立放置的改性硅灰石、复合改性剂和助留改性剂按1 000∶（8~15）∶（1~2）（m/m）配比构成，使用前将其用水配制成浆料，使复合改性剂和助留改性剂完全包覆在改性硅灰石表面。制成的浆料可作为造纸用填料，在造纸配浆时加入配浆池中一起使用，不但可以降低硅灰石对造纸网布的磨损程度，同时，还能提高硅灰石矿物纤维在纸浆中的留着率^[18]。

邵智勋开发了改性超细造纸专用硅灰石针状粉，在基本不改变现有造纸设备、工艺及填料添加的前提下，能以5%~30%的比例替代植物纤维。留着率超过85%，可有效提高纸张不透明度、平滑度，改善挺度、印刷适印性，有助于消除静电，是一种新型环保的造纸用功能材料。经技术成果鉴定，已达到国内领先水平^[19]。

1.2.2 近期发表的成果

1）摩擦材料应用研究

魏莉岚等采用环—块式摩擦试验机等表征手段，考察了针状硅灰石与其他材料混合对聚四氟乙烯（PTFE）复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明，随着硅灰石含量增加，PTFE/硅灰石复合材料的磨损率逐渐降低，而摩擦系数呈先降低后增加的趋势，同时硅灰石在摩擦过程中起较好支撑载荷作用^[20]。

吴迪等将凹凸棒石与硅灰石以不同配比添加到聚四氟乙烯（PTFE）中制成复合材料，结果表明，凹凸棒石与硅灰石的引入，使复合材料的结晶度和玻璃转化温度降低，硬度增加，磨损率显著降低。并分析出凹凸棒石与硅灰石的引入有助于在金属摩擦副表面形成转移膜^[21]。

王志丹等选择针状硅灰石（Wo)与碳纤维（CF)作为协同改性剂来制备聚四氟乙烯（PTFE)复合材料。结果表明，改性剂含量越大，弹性模量越大，且Wo和CF协效改性效果明显。干摩擦实验中，20%Wo对PTFE的改善效果较好，湿摩擦实验中，10% Wo与10% CF对PTFE的改善效果较好。对比干湿两种场景，PTFE+10% Wo+10% CF的耐磨损性能较好^[22]。

2）陶瓷、釉面材料及微晶玻璃研究

司伟等以废玻璃与钙铝黄长石为主要原料，添加氟化钙通过反应析晶烧结法制备掺氟化钙硅灰石玻璃陶瓷。结果表明，样品主晶相为硅灰石，颗粒呈板条状，掺入少量的氟化钙即可降低硅灰石玻璃陶瓷的析晶活化能，有助于硅灰石玻璃陶瓷的制备^[23]。

张国涛等在瓷质砖坯体配方中引入硅灰石，研究发现，添加硅灰石可提高抗折强度，降低吸水率，当烧成温度为1 080 ℃、保温时间为15 min时，抗折强度和吸水率较优，与无硅灰石瓷质坯体相比，烧成温度降低了80~100 ℃^[24]。

刘红盼等以CaO-Al₂O₃-SiO₂系基础玻璃为研究对象，基于ANSYS有限元分析对基础玻璃微晶化过程进行了数值模拟，得到基础玻璃内部中心点和端点温度场随时间变化的曲线方程。结果表明，基础玻璃内部的中心点温度和端点温度随时间变化与指数方程拟合度较高。通过差热分析和X射线衍射等检测手段，结果表明，以3 ℃/min的升温速率升至核化温度（780 ℃），再以1 ℃/min的升温速率升至晶化温度（1 080 ℃），制备的CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃，主晶相为硅灰石（CaSiO₃）和含铁硅灰石类固溶体（（Ca，Fe）SiO₃），且性能优异^[25]。

董伟霞等以具有代表性的豆青釉配方为基础，以长石、釉果、石英、硅灰石、方解石、石灰石、贵溪土和氧化铬为主要原料制备豆青釉^[26]。

王彦庆等发明了一种高压成型专用泥浆的制备和使用方法，在专用泥浆中添加一定量硅灰石。该研究属于卫生陶瓷制备技术领域^[27]。

3）橡胶材料应用研究

张陶忠采用熔融共混法将未改性硅灰石、硅烷偶联剂KH-570改性硅灰石与钛酸酯偶联剂JN-114改性硅灰石分别加入聚丙烯（PP)，结果表明，KH-570改性能有效提高复合材料的拉伸强度及拉伸模量，JN-114改性能有效改善复合材料的韧性与加工性能，经改性的硅灰石对性能提升优于未改性的硅灰石^[28]。

杨其盈等对超细硅灰石经铝酸酯偶联剂表面偶联处理，与聚丙烯熔融共混制备改性聚丙烯。结果表明，超细硅灰石的加入可提高聚丙烯的拉伸强度、冲击强度、维卡软化温度和硬度。超细硅灰石经过铝酸酯偶联剂表面处理后，聚丙烯性能进一步提高^[29]。

邓鑫等在白色PVC压延膜中采用超细硅灰石部分代替钛白粉，并系统研究了在装饰膜、木纹膜和遮盖布等PVC压延制品中的应用。结果表明，样品的拉伸强度、密度和硬度未明显改变，但白度有所下降^[30]。

彭鹤松等使用超细针状硅灰石部分替代钛白粉制备聚乙烯白色母粒，分析了硅灰石的细度和替代量对白色母粒试样色彩性能的影响。结果表明，用GY-4000超细硅灰石部分替代钛白粉制备的样板色差较小，当硅灰石替代量为20%（质量分数)时，色差值为0.89，表现出良好的替代效果和应用潜力^[31]。

丁茜等采用硅灰石（Wo）和具有β-成核作用硅灰石（β-Wo）制备了具有不同成核作用的硅灰石填充回收聚丙烯（r-PP）复合材料，借助差示扫描量热仪、广角X射线衍射仪和偏光显微镜等检测手段，研究了具有不同成核作用的硅灰石对r-PP结晶行为、熔融特性和结晶形态的影响。结果表明，Wo和β-Wo对r-PP结晶都具有异相成核作用，可提高r-PP的结晶温度，β-Wo的异相成核作用明显强于Wo^[32]。

4）硅灰石粉磨及改性研究

徐昊等利用干法工艺来改性法库地区硅灰石。结果表明，适宜的改性剂为KH-570，其水解生成硅醇或硅羟基，包覆在硅灰石表面。在较优改性工艺条件下，改性硅灰石的接触角为109.186°，活化指数为99.97%^[33]。

陈晓龙等以湖北大冶某硅灰石为原料，用十二胺、Si-69对硅灰石进行表面改性与填充应用试验。结果表明，改性硅灰石填充天然橡胶力学性能明显提升，试样拉伸强度、撕裂强度、硬度等明显增强^[34]。

5）硅灰石找矿及选矿研究

石竹山超大型硅灰石矿是世界第一大硅灰石矿床，成矿机理是由于岩体的烘烤，使硅质灰岩中石英和方解石重组而形成硅灰石^[35]。

李洪斌等以浒溪矿区野外钻探成果为第一手资料，以周边矿区资料为辅，分析了浒溪硅灰石矿控矿因素。并指出硅灰石成矿物质来源为中二叠统茅口组含燧石结核灰岩，硅灰石成矿热量来源为印支期的蒙山岩体，蒙山南部第四系覆盖区域深部仍具有较大的隐伏硅灰石矿找矿前景^[36]。

李省晔等在甘肃省肃北县金庙沟南硅灰石矿床圈出硅灰石矿体共16个，矿石品位（硅灰石)为35.53%~51.62%，含矿岩石为石英硅灰石大理岩。在矿床地质特征研究基础上，对矿床成因类型进行了分析，并总结了找矿经验，对甘肃北山寻找同类矿床具有借鉴意义^[37]。

余兴江等指出曹家湾硅灰石矿已达矽卡岩型硅灰石矿的中型规模。并通过野外资料的综合分析，总结该矿床的地质特征及成矿规律，并指出硅灰石矿体主要产于阳新岩体与二叠系茅口组含燧石结核灰岩接触带的矽卡岩中^[38]。

徐山等在总结磐石地区已知4个大型硅灰石矿床地质特征的基础上，总结成矿地质条件，分析找矿前景。硅灰石主要产于石炭纪、奥陶纪的硅质碳酸盐岩建造中，主要为北西向断裂构造，与之关系密切的侵入岩以燕山期酸性岩为主。硅灰石矿成因类型主要为层控热接触变质型和层控热接触变质—接触交代变质型^[39]。

赵晨等分别研究了十二胺和油酸钠对方解石和硅灰石浮选行为的影响，十二胺作捕收剂时，硅灰石的可浮性优于方解石；而油酸钠作为捕收剂时，方解石的可浮性优于硅灰石；同时，方解石表面比硅灰石带有更多的净剩正电荷，且有更高的Ca质点密度。使用MS模拟方法，可从晶体化学的角度解释两种矿物可浮性差异产生的根源^[40]。

张晓明等以江西新余某低品位硅灰石矿为原料，采用浮磁联选的方法对其进行了除杂处理。结果表明，采用油酸钠进行反浮选脱去碳酸钙等杂质，粗浮产品经两次精选得到碳酸钙精矿副产品，可用于水泥原料；浮选尾矿经过强磁选除铁，得到硅灰石精矿，可用于陶瓷、涂料行业^[41]。

1.2.3 硅灰石研究机构

将https://cnki.net检索到的相关文献中的研究机构进行统计，并绘制硅灰石研究机构分布图（如图 3所示）。

武汉工业大学已并入武汉理工大学，中国地质大学和武汉理工大学发表的相关硅灰石的成果最多，中国科学院上海硅酸盐研究发表期刊论文17篇，排名第九。

中国地质大学陈代璋等于1995年发表的《结晶釉的硅灰石研究》开启了硅灰石在陶瓷中应用的新篇章。该机构其后的研究涵盖硅灰石的粉磨、橡胶复合材料、微晶玻璃、摩擦材料、西藏找矿、赣西找矿、工业废物合成硅灰石、表面改性等各方面^[42]，邵秋月等发表的最新成果为《硅灰石的表面改性及新型矿物基聚合物的合成》^[43]。

武汉工业大学石大鑫于1987年发表的《非金属矿物深加工——新材料的源泉》开启了对硅灰石应用的探索。该机构其后的研究包括硅灰石的磁选、浮选及粉磨，1999年并入武汉理工大学^[44]。2010年张晓丽等在《硅酸盐学报》发表了《硅灰石对LAS系微晶釉料性能的影响》^[45]，之后未见该校在硅灰石相关方面的研究成果报道。

中国矿业大学郑水林2002年发表的《非金属矿物材料的加工与应用》开启了硅灰石应用的探索之路，其后的研究成果涉及硅灰石粉磨、改性以及在不同领域应用等方面，现与新余南方硅灰石有限公司建立了产学研合作^[46]。

华东地质学院的研究成果主要涉及硅灰石的酸处理和灰石制多孔SiO₂粉体等方面，其后更名为东华理工学院，最新的研究成果发表于2006年。

四川大学在多孔磷灰石/硅灰石生物活性玻璃陶瓷材料的研究方面成果较多，同时，还包括对阻燃材料的研究。

清华大学于1992年在第五届全国摩擦学学术会议发表了《硅灰石填充超高分子量聚艺烯的耐磨性能研究》，开始了硅灰石在摩擦材料中的应用研究^[47]。其后的研究主要为硅灰石的粉磨、包覆及利用工业废弃微硅粉制备多孔莫来石陶瓷等。

东北大学邵广全等于1995年发表了《硅灰石与石英碱性介质浮选分离的研究》，该机构在其后对吉林梨树的选矿试验研究，产出多项成果。在硅灰石冲击粉碎、连铸保护渣、高长径比硅灰石制备等方面研究较多^[48]，孙晓刚等于2020年发表的《TiO₂对黄金尾砂微晶泡沫玻璃非等温析晶活化能的影响》开启了人工合成硅灰石的研究大门^[49]。

中国科学院上海硅酸盐研究所主要研究生物活性硅灰石陶瓷的制备，《银硅灰石涂层抗菌性能实验研究》发表于2011年，之后没有相关成果发表^[50]。

2 江西硅灰石产业现状及技术发展趋势 2.1 江西探明世界上最大的优质硅灰石矿

20世纪90年代，在新余和上高交界处的蒙山一带已发现十余处硅灰石矿床，其规模以中小型为主，之后硅灰石找矿一直未有新进展。2013—2016年，《江西省分宜县洞村煤矿普查》《江西省新余市渝水区石竹山—上高县樟木桥硅灰石矿普查》2个项目的实施，使硅灰石找矿取得突破性进展，揭露单层硅灰石矿体真厚度达13.49 m，硅灰石平均矿物含量为65.95%。

截至2018年5月，新发现了石竹山5 000万吨级超大型优质硅灰石矿床，成为我国目前乃至世界资源储量规模最大的优质硅灰石矿床之一^[51]。

2.2 中国硅灰石产业基地在新余揭牌

2019年底，由中国非金属矿工业协会与新余市渝水区人民政府共同举办了“2019江西新余渝水区硅灰石产业发展大会”。立足中国硅灰石产业基地，促进硅灰石产业高质量发展，新余市政府大力推动硅灰石产业链条不断延伸，努力打造“中国硅灰石产业基地”^[52]。中国非金属矿工业协会与渝水区政府签订了战略合作协议，新余南方硅灰石有限公司、新余蒙和硅灰石有限公司、新余聚源硅灰石有限公司、新余市仁和顺安矿业有限责任公司等新余地方硅灰石企业，分别与中国地质大学（武汉）、中南大学、武汉理工大学、长沙矿冶研究院等高校和科研院所签订了产学研合作协议。

2.3 硅灰石产业技术发展趋势

目前，我国硅灰石加工水平和规模与西方国家相比处于落后地位，表现在应用领域较窄、产品档次较低、产品附加值不高、以粗加工产品为主、高技术产品比重低、大多为中小型企业、大企业数量少、技术人才匮乏等。

2017年10月30日，中华人民共和国工信部印发《产业关键共性技术发展指南（2017年）》，鼓励发展硅灰石矿纤的精加工、表面改性及应用技术。

为了拓宽硅灰石在冶金、陶瓷、塑料、橡胶、涂料、造纸、摩擦材料等领域的深入应用，利用硅灰石开发出高性能的新材料，今后硅灰石产业的发展方向将集中于以下几方面：优化硅灰石针状粉的加工工艺，保证粉体材料的高长径比（＞15∶1）；成套的低成本高效超细粉磨加工专用设备及分离设备；良好的改性剂的制备或合成；优良的颗粒表面包覆或改性方法。

3 结束语

本文对近几十年国内硅灰石相关研究工作进行了分析，近几年硅灰石应用研究取得了显著进展，但仍存在一些问题，基于硅灰石研究和应用发展现状，未来可以开展的工作包括以下几方面：

1）鼓励高校和科研单位进行硅灰石精加工及改性技术的基础研究，并注重机械、化工等各学科交叉协同，进一步加强产学研一体化，加速基础研究成果转化。

2）借鉴其他无机粉体材料包覆和改性技术成果，丰富硅灰石改性产品性能及应用范围。

3）推广硅灰石智能分选，并进行梯级应用，提高综合效益。