遼寧鑫達滑石グループ有限会社——楊永利

一、はじめに

滑石とマグネシア鉱、緑泥石、方解石は自然界でよく見られる鉱物であり、その構造の違いは直接物理的性質と工業的応用を決定した。シンダルタルクは無機粉体の重要な充填剤の一つとして、緑泥石、マグネシア鉱などの脈石鉱物と随伴している。タルクと緑泥石は層状ケイ酸塩鉱物として、その表面異方性は選鉱効率に顕著に影響する。方解石はマグネシア鉱と同じ炭酸塩鉱物に属しているが、カチオンの違いにより化学活性が異なる。遼寧鑫達タルクグループの研究開発センターシステムは4種類の鉱物の結晶構造特徴を比較し、その物理的性質差異の内在的メカニズムを解析し、そして構造差異が工業応用に与える影響を検討した。

二、鉱物構造の特徴解析

1、タルク（MgジグSiジグOジグ（OH）ジグ）

1.1結晶構造：単斜晶系、2：1型層状ケイ酸塩、三八面体構造。シリカ四面体層とマグネシア八面体層は共通酸素原子を介して接続され、TOT型構造単位層を形成し、層間はファンデルワールス力だけで維持されている。

1.2物理特性：シート状または鱗片状集合体、解理平行、硬度1-1.5、比重2.7-2.8 g/cm 3、滑り感がある。層間に化学結合がなく、表面疎水性が強く、天然浮遊性が良い。

1.3工業特性：異なる産地のタルクの形態差異が顕著で（例えば遼寧海城シート状、広西板状）、プラスチック、塗料、製紙、陶磁器などの分野での応用に影響を与える。

2、マグネシア鉱（MgCO 8323）

2.1結晶構造：三方晶系、方解石型構造、Mg²とCO²から交互に配列して層状炭酸塩接合を形成する。

2.2物理的性質：常に結晶粒状または隠晶質の塊状を呈し、解理完全、硬度3.5-4.5、比重2.9-3.1 g/cm 3。Fe、Coなどの元素を含むと色変化が顕著で、ガラス光沢がある。

2.3構造安定性：イオン結合構造は高温（＞600℃）でMgOとCOガリウムに分解され、耐高温性は強いイオン結合に由来する。

3、緑泥石（Mg、Fe、Al）6（Si、Al）4 O 10（OH）8

3.1結晶構造：単斜晶系、2：1型層状珪酸塩、構造単位層は負電荷を持つ珪酸四面体−アルミニウム（マグネシウム）酸素八面体層（2：1層）と正電荷を持つ水酸化マグネシウム石層と交互に積層される。Yビットは主にMg、Fe、Alであり、ZビットはSi、Alである。

3.2物理的性質：偽六方板状または板状、解理平行完全、硬度2-3、比重2.6-3.3 g/cm 3。色はFe含有量の増加に伴い浅緑から深緑まで増加し、層間水素結合は構造安定性を増強する。

3.3表面特性：底面は疎水性が弱く、端面は破断結合により親水性が存在し、等電点pHは約3-6である。

4、方解石（CaCO 8323）

4.1結晶構造：三方晶系、変形したNaCl型構造、Ca²とCO²は三次対称軸に沿って交互に配列し、菱面体単位胞を形成する。

4.2物理的性質：よく見られる菱面体又は六方柱結晶、解理完全、平行、硬度3、比重2.71 g/cm 3、希薄HClに遭遇して激しい泡立ち。

4.3化学活性：Ca²⁺部位密度が高く、表面親水性が強く、捕捉剤と静電気作用が発生しやすい

三、タルクの構造差異との対比

1、結晶化学組成

カチオンタイプ：マグネシア鉱（Mg²8314）と方解石（Ca²8314）は炭酸塩鉱物であり、カチオンは単一である、

緑泥石（Mg²⁺、Fe²⁺、Al³⁺）、

タルク（Mg²）はケイ酸塩鉱物であり、カチオンが多様である。タルクの三八面体構造では、八面体空隙はMg²から完全に充填されている。緑泥石は類質同一像置換のため、一部の空隙が充填されず、層間電荷のアンバランスを招いた。

2、層間力と物理的性質

結合機構：タルク層間はファンデルワールス力であり、結合力は極めて弱く、滑りやすく、低硬度と滑り性をもたらす。

緑泥石層間の水酸化マグネシウム石層は水素結合によって連結され、結合力が強く、硬度はタルクよりやや高いが、依然としてマグネシウム鉱と方解石より低い。

マグネシア鉱と方解石の層間イオン結合（Mg²⁺-CO²⁻、Ca²⁺-CO²⁻）は高い硬度を与えたが、解理は完全であった。

3、結晶対称性と解理特徴

3.1対称性：マグネシア鉱と方解石は三方晶系で、対称性が高い、緑泥石とタルクは単斜晶系で、対称性が低い。

3.2解理方向：タルク解理は平行、極めて完全、緑泥石解理は平行、完全、マグネシア鉱と方解石解理は平行、完全である。

3.3タルクの解理面に化学結合破壊がなく、表面疎水性が強い、緑泥石の解理面は水素結合のため親水性がやや高い。

4、高温安定性と工業応用

タルクは800℃以上で構造破壊が発生し、高温潤滑剤に適している、マグネシア鉱は高温でMgOに分解され、耐火材料に用いられる、緑泥石は層間水素結合の制限により、高温で脱水変質しやすい。

四、応用と展望

遼寧鑫達滑石グループ研究開発センターは、滑石の基礎応用に対して研究開発難関を突破し、滑石質が柔らかい。モジュラス硬度が低く、潤滑剤、プラスチック、塗料、セラミックスフィラーに用いることができる、研究により、シリコン含有量が高いほど化学安定性が良く、シート状構造が完成し、その耐酸アルカリ、耐塩ミストが壁を越えるほど、腐食媒体の遮断潜在力が大きいことが明らかになった、また、遼寧鑫達タルクグループ研究開発センターの研究によると、タルクのシート状構造は塗料中に強化と沈降防止作用を持たせる、緑泥石は陶磁器と環境保護の分野で潜在的な応用がある、方解石は建材や化学工業に用いられる。

五、結論

シンダルタルクとマグネシア鉱、緑泥石、方解石の構造の違いは主にカチオン組成、層間作用力、結晶対称性と解理特徴に現れている。タルクの層間vanderWaals力は非常に低い硬度と疎水性を与え、マグネシア鉱と方解石のイオン結合構造は高温に耐えるが化学活性が高い。緑泥石の水素結合層間構造は安定性と浮選挙動の間にある。これらの違いは鉱物の物理的性質と工業的応力を直接決定した。将来的には結晶化学と表面科学を結合し、鉱物構造と性能の内在的なつながりをさらに明らかにする必要がある。

参考文献

1.遼寧鑫達滑石グループ。タルクの組成と構造特性[EB/OL]. http://www.xindatalc.com/baoding_industry/395.html, 2022.

2.李彩霞など。低品位マグネシウム鉱の選鉱技術研究[J].ケイ酸塩通報、2014、33（5）：1189-1192.

3. Mineral Expert. Magnesite - Complete Mineral Overview[EB/OL]. https://mineralexpert.org/article/magnesite-magnesium-carbonate-mineral-overview, 2019.

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6. PCI Magazine. Talc Shape and Form Meet Function[EB/OL]. https://www.pcimag.com/articles/83323-talc-shape-and-form-meet-function, 、日付なし.

7. Answers.com. What elements in Talc[EB/OL].https://www.answers.com/earth-science/What_elements_in_Talc, 2024.