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| 蛇紋石資源綜合利用研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-03-23 12:24:31 瀏覽次數： |
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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(lèi)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90年代開(kāi)始對蛇紋石礦進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，但進(jìn)展緩慢，多數礦山主要是出售原塊礦和簡(jiǎn)單加工的粗產(chǎn)品，價(jià)值極低，效益很差，同時(shí)也浪費了大量資源。隨著(zhù)資源與各種環(huán)境問(wèn)題的凸顯，建立資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )的理念逐步深入人心，國家及社會(huì )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(wú)論是在化學(xué)原料的選擇及利用上還是在化學(xué)反應中對廢氣、廢渣、廢液的控制上都明顯與現代清潔生產(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、社會(huì )效益等的多贏(yíng)十分必要。
我國蛇紋石礦資源儲量豐富，保有儲量超過(guò)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 蛇紋石的應用領(lǐng)域
蛇紋石類(lèi)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(kāi)發(fā)應用[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、巖棉和燒結礦的輔助原料；④醫藥工業(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，以蛇紋石為主要原料可以開(kāi)發(fā)制備絮凝劑、吸附劑、過(guò)濾介質(zhì)、分子篩、除臭劑等，用于含重金屬、有機物等工業(yè)廢水、廢氣和生活污水的處理；⑦蛇紋石具有網(wǎng)狀結構，比表面積大，有很多可與F-交換的OH-基團，用于制備除氟劑。
對蛇紋石的處理方法大致可分為3 類(lèi)：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、工藝結構相對簡(jiǎn)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(guò)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(zhù)設備投資大、能耗高、工藝流程復雜、原材料消耗多、經(jīng)濟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外基本上以化學(xué)提純?yōu)橹鳌?br />
3 國內蛇紋石綜合利用研究現狀
我國對蛇紋石資源開(kāi)發(fā)和利用起步較晚，國內蛇紋石礦的應用主要在3個(gè)方面：①利用蛇紋石的光學(xué)效應，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、危害嚴重，近年來(lái)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(guān)的經(jīng)濟與環(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(shí)驗室進(jìn)行初期可行性實(shí)驗探索，其缺點(diǎn)是設備復雜和空氣污染較大。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(guò)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(zhù)金屬離子浸出率不高、酸浸反應速率較慢等問(wèn)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(shí)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)量符合國家標準，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(guò)濾洗滌；對濾液進(jìn)行氧化，加入適量堿充分反應后過(guò)濾除去氫氧化鐵；然后在濾液中加入堿并加入表面處理劑，反應完全后過(guò)濾、干燥、打散，得超細活性氫氧化鎂產(chǎn)品。再將酸溶殘渣加堿溶解并過(guò)濾洗滌，濾液加酸沉析和加入粒子阻隔劑以防止顆粒團聚,然后陳化、過(guò)濾、洗滌、干燥、打散，得超細二氧化硅產(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(wú)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(zhuān)利。
此后鄭水林等與甘肅阿克塞富利達非金屬開(kāi)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(guò)程中適時(shí)添加表面處理劑和粒徑控制劑，制備了超細高純Mg(OH)2和超細高純高比表面積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、反應溫度為95℃左右、反應時(shí)間為1h的條件下，鎂的浸出率可達81.74%; 采用多效分離劑，在pH值5.5～6.5時(shí)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構遭到破壞的酸浸渣，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(shí)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形成及轉化率的影響，同時(shí)嚴格控制Na2SiO3溶液模數和陳化時(shí)間，采用X-射線(xiàn)衍射、X-射線(xiàn)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：反應溫度70℃、碳化時(shí)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(shí)驗條件下，SiO2轉化率達到75%、SiO2含量為99.00%、顆粒呈規則球形、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：經(jīng)過(guò)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(shí)間為60min、酸浸渣用量為10.0g/L時(shí)，Cu2+去除率達96.5%、溶液中殘余Cu2+的濃度為0.7mg/L，達到了GB8978-1996污水綜合排放標準，并且發(fā)現溶液中Cu2+被吸附是離子交換和Cu2+與酸浸渣羥基官能團形成配合物共同作用的結果，且弱酸性條件(4.85<pH值<5.75)有利于吸附反應的進(jìn)行。此外他們的研究還發(fā)現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、高低溫穩定性以及抗老化性方面均得到顯著(zhù)改善或提高。
3 結語(yǔ)
從蛇紋石的開(kāi)發(fā)利用研究現狀可以看出，蛇紋石的研究利用范圍正逐年擴大，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(shí)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(lái)越高，但就某單一的工藝流程來(lái)說(shuō)，極少有比較系統的統籌考慮分選藥劑、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(shí)現入料的無(wú)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(shí)又盡可能的簡(jiǎn)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。為此，對前人在蛇紋石綜合利用方面的研究進(jìn)行系統的總結、創(chuàng )新就顯得尤為必要。
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