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| 蛇紋石資源綜合利用研究進(jìn)展 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2015-03-23 12:24:31 瀏覽次數(shù)： |
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1 概述
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）蛇紋石是一種重要的硅酸鹽類礦物，主要含有元素鎂和硅，還伴生有少量的稀有金屬，如鎳、鈀等。我國從20世紀(jì)90年代開始對蛇紋石礦進(jìn)行開發(fā)研究，但進(jìn)展緩慢，多數(shù)礦山主要是出售原塊礦和簡單加工的粗產(chǎn)品，價值極低，效益很差，同時也浪費(fèi)了大量資源。隨著資源與各種環(huán)境問題的凸顯，建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的理念逐步深入人心，國家及社會對清潔生產(chǎn)和綠色工藝越發(fā)重視。
目前蛇紋石綜合利用研究最普遍的濕法酸浸工藝，無論是在化學(xué)原料的選擇及利用上還是在化學(xué)反應(yīng)中對廢氣、廢渣、廢液的控制上都明顯與現(xiàn)代清潔生產(chǎn)和綠色工藝不甚相容。因此，在蛇紋石的綜合利用中探索一條高效、環(huán)保的綠色工藝流程，對資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會效益等的多贏十分必要。
我國蛇紋石礦資源儲量豐富，保有儲量超過5億t，分布廣泛。主要分布江西、四川、河南、安徽等地,山東、江蘇、陜西、內(nèi)蒙等地次之。我國蛇紋石礦質(zhì)地良好, 大部分礦石中伴生有鎳等金屬礦產(chǎn)。
2 蛇紋石的應(yīng)用領(lǐng)域
蛇紋石類礦物由于具有耐磨、耐熱、隔熱、隔音、抗腐蝕等性能, 已得到較好的開發(fā)應(yīng)用[3]，廣泛用于：①制造化肥；②做耐火、雕刻與器具材料；③生產(chǎn)鑄石、巖棉和燒結(jié)礦的輔助原料；④醫(yī)藥工業(yè)做瀉利鹽的原料，用于非處方治療；⑤提取硅、鎂、鎳、鈀等元素，利用蛇紋石提鎂殘渣制取五水偏硅酸鈉等；⑥環(huán)境保護(hù)，以蛇紋石為主要原料可以開發(fā)制備絮凝劑、吸附劑、過濾介質(zhì)、分子篩、除臭劑等，用于含重金屬、有機(jī)物等工業(yè)廢水、廢氣和生活污水的處理；⑦蛇紋石具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，比表面積大，有很多可與F-交換的OH-基團(tuán)，用于制備除氟劑。
對蛇紋石的處理方法大致可分為3 類：物理選礦、化學(xué)提純以及生物選礦。其中物理選礦能耗較低、工藝結(jié)構(gòu)相對簡單，但由于蛇紋石伴生礦物較多，處理技術(shù)難度較大，使其分離效率不高，利用率較低，目前通過物理選礦還難以分選出高品位的精礦?；瘜W(xué)提純可有效地提高利用率，并在一定程度上保證產(chǎn)品的純度，但存在著設(shè)備投資大、能耗高、工藝流程復(fù)雜、原材料消耗多、經(jīng)濟(jì)效益不佳等諸多的缺點(diǎn)。生物選礦尚處于摸索階段，關(guān)鍵技術(shù)還不夠成熟。目前，對蛇紋石的選礦及綜合利用在國內(nèi)外基本上以化學(xué)提純?yōu)橹鳌?br />
3 國內(nèi)蛇紋石綜合利用研究現(xiàn)狀
我國對蛇紋石資源開發(fā)和利用起步較晚，國內(nèi)蛇紋石礦的應(yīng)用主要在3個方面：①利用蛇紋石的光學(xué)效應(yīng)，用于建筑裝飾材料和玉石原料；②利用蛇紋石耐高溫性能，用于耐火材料及制備阻燃劑；③利用蛇紋石晶體化學(xué)特性用于燒制鈣鎂磷肥、鎂質(zhì)瓷、冶金熔劑原料、輕質(zhì)氧化鎂和多孔氧化硅、醫(yī)藥等。此外，石棉工業(yè)中產(chǎn)生的大量溫石棉尾礦由于量大面廣、危害嚴(yán)重，近年來逐步引起人們的重視，溫石棉屬蛇紋石石棉，其尾礦成分同蛇紋石，將這些溫石棉尾礦回收利用不僅可充分的利用資源，變廢為寶，還可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。
目前，對蛇紋石進(jìn)行選礦的方法主要是酸浸取法。據(jù)具體流程不同，可分為兩種：①煅燒酸浸取法，該法的基本工藝流程為：破碎→煅燒、活化→酸浸取，這種方法污染??；②熱酸浸取法，該法比較適合實驗室進(jìn)行初期可行性實驗探索，其缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜和空氣污染較大。酸浸取法的基本原理是采用鹽酸、硫酸、硝酸等強(qiáng)酸在一定溫度下對蛇紋石礦進(jìn)行酸化處理，使其分解。酸化后可以分為酸不溶物和酸溶物兩部分。再經(jīng)過不同的工序處理，獲得多孔硅、氧化鎂及金屬氧化物，其中氧化鐵可以做為煉鐵原料，或進(jìn)一步加工成鐵紅。其他金屬氧化物可以進(jìn)一步分離提純，獲得鎳、鈷、銅、鉑、鈀等金屬。濕法酸浸較好地克服了火法的缺點(diǎn)，具有設(shè)備投資較少、能耗較低、原材料消耗較少等特點(diǎn)，但目前報道的方法大都存在著金屬離子浸出率不高、酸浸反應(yīng)速率較慢等問題。
楊?？〉炔捎醚h(huán)活化酸浸新技術(shù)，提出了以蛇紋石為原料制取輕質(zhì)氧化鎂和水玻璃的新方法，有效的提高了鎂、硅的回收率并且縮短了酸浸時間。他們研究了主要工序的最佳工藝條件，此條件下，蛇紋石中MgO的平均浸出率及酸浸濾餅中活性二氧化硅的浸出率均在97%以上，酸濾液中Mg2+回收率大于96%。制得的輕質(zhì)氧化鎂和水玻璃質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，蛇紋石中氧化鎂的回收率大于90%。
鄭水林等發(fā)明了一種綜合利用蛇紋石石棉尾礦的方法，將石棉尾礦粉碎后加酸溶解并過濾洗滌；對濾液進(jìn)行氧化，加入適量堿充分反應(yīng)后過濾除去氫氧化鐵；然后在濾液中加入堿并加入表面處理劑，反應(yīng)完全后過濾、干燥、打散，得超細(xì)活性氫氧化鎂產(chǎn)品。再將酸溶殘渣加堿溶解并過濾洗滌，濾液加酸沉析和加入粒子阻隔劑以防止顆粒團(tuán)聚,然后陳化、過濾、洗滌、干燥、打散，得超細(xì)二氧化硅產(chǎn)品。將氫氧化鐵煅燒得氧化鐵產(chǎn)品。堿溶尾渣加入氧化鐵等助劑制取彩磚。該方法石棉尾礦綜合利用率高、無廢渣排放、產(chǎn)品質(zhì)量好、檔次高、綜合生產(chǎn)成本較低，已申請了發(fā)明專利。
此后鄭水林等與甘肅阿克塞富利達(dá)非金屬開發(fā)公司合作又進(jìn)行了溫石棉尾礦綜合利用中試技術(shù)研究：以石棉尾礦為原料，采用酸浸、氧化除鐵、控制堿析Mg(OH)2以及酸浸渣堿溶、稀酸法控制沉析SiO2工藝，并在堿析和稀酸沉析過程中適時添加表面處理劑和粒徑控制劑，制備了超細(xì)高純Mg(OH)2和超細(xì)高純高比表面積SiO2。
蘇慶平等以蛇紋石石棉尾礦為原料，對制備輕質(zhì)氧化鎂的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化研究：以硫酸浸礦，在礦物粒度為80目、酸用量為理論值的120%、液固比為4∶1、反應(yīng)溫度為95℃左右、反應(yīng)時間為1h的條件下，鎂的浸出率可達(dá)81.74%; 采用多效分離劑，在pH值5.5～6.5時分離雜質(zhì)鐵，經(jīng)碳酸鈉水溶液沉淀的碳酸鎂，在850℃焙燒2.5h，其輕質(zhì)氧化鎂的純度達(dá)到99.3%。
姜延鵬等采用煅燒工藝將石棉尾礦活化后，利用硫酸浸取活化產(chǎn)物中的氧化鎂獲取結(jié)構(gòu)遭到破壞的酸浸渣，然后再用氫氧化鈉溶液浸取酸浸渣，獲Na2SiO3溶液，最后采用碳化法制備納米SiO2。研究碳化溫度、碳化時間、Na2SiO3溶液濃度、碳化終點(diǎn)pH值、攪拌速度及表面改性劑用量對納米SiO2形成及轉(zhuǎn)化率的影響，同時嚴(yán)格控制Na2SiO3溶液模數(shù)和陳化時間，采用X-射線衍射、X-射線熒光光譜儀及掃描電子顯微鏡對制備的納米SiO2樣品的物相、化學(xué)成分及顆粒形貌進(jìn)行表征。
提出了最佳工藝條件：反應(yīng)溫度70℃、碳化時間50min、Na2SiO3溶液濃度為0.6mol/L、碳化終點(diǎn)pH值為7.5左右、攪拌速度1 500r/min、表面改性劑用量為4%。在此最佳實驗條件下，SiO2轉(zhuǎn)化率達(dá)到75%、SiO2含量為99.00%、顆粒呈規(guī)則球形、大小均勻、粒度50nm左右。
針對在以往蛇紋石綜合利用研究中對提取和制備含鎂組分研究和應(yīng)用較多而對含硅組分及產(chǎn)品提取和制備研究相對較少的傾向，鄭水林、孫志明等分別對蛇紋石石棉尾礦酸浸渣的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過煅燒的蛇紋石石棉尾礦酸浸渣對Cu2+的吸附熱力學(xué)符合Langmuir吸附等溫式，對水中Cu2+的吸附性能在Cu2+濃度為20mg/L、溶液體積為100mL、初始pH值=4.85、吸附溫度為25℃、吸附時間為60min、酸浸渣用量為10.0g/L時，Cu2+去除率達(dá)96.5%、溶液中殘余Cu2+的濃度為0.7mg/L，達(dá)到了GB8978-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，并且發(fā)現(xiàn)溶液中Cu2+被吸附是離子交換和Cu2+與酸浸渣羥基官能團(tuán)形成配合物共同作用的結(jié)果，且弱酸性條件(4.85<pH值<5.75)有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。此外他們的研究還發(fā)現(xiàn)以煅燒后的蛇紋石石棉尾礦酸浸渣作為道路瀝青填充改性劑，在適宜的填充工藝條件下制得的改性瀝青在高溫性能、低溫性能、高低溫穩(wěn)定性以及抗老化性方面均得到顯著改善或提高。
3 結(jié)語
從蛇紋石的開發(fā)利用研究現(xiàn)狀可以看出，蛇紋石的研究利用范圍正逐年擴(kuò)大，蛇紋石中各組分的分離效率及利用率在不斷提高，各種工藝流程也在不斷地改進(jìn)優(yōu)化。但同時值得注意的是，盡管從整體上看蛇紋石的綜合利用程度正越來越高，但就某單一的工藝流程來說，極少有比較系統(tǒng)的統(tǒng)籌考慮分選藥劑、原料同處理工序和最終產(chǎn)品與副產(chǎn)物的關(guān)系的；對如何實現(xiàn)入料的無害化和綠色化及最終產(chǎn)品的高質(zhì)量、高附加值以及中間副產(chǎn)物的循環(huán)回收利用、同時又盡可能的簡化流程、保證高的分選效率等方面還缺乏相關(guān)的深入研究。此外，多種工藝間的集成與優(yōu)化組合對分離蛇紋石中不同組分、提高蛇紋石綜合利用率及分選效果和產(chǎn)品質(zhì)量的探究還有待加強(qiáng)。為此，對前人在蛇紋石綜合利用方面的研究進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)、創(chuàng)新就顯得尤為必要。
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