1 蛇紋巖礦物資源分布及用途
蛇紋巖是一種由蛇紋石組成的變質(zhì)巖。蛇紋巖的礦物成分主要為蛇紋石，次要礦物有磁鐵礦、鈦鐵礦、水鎂石等。蛇紋巖石一般呈黃綠至黑綠色。蛇紋石是一種高鎂礦物，其化學(xué)式為Mg6［Si4O10］（OH）8，其中w（MgO） =43.6% ，w（SiO2） =43.3% ，w （H2O） =13.1%，有時(shí)混入少量的FeO、Fe2O3、NiO 等成分。礦物學(xué)中把蛇紋石作為蛇紋石族礦物的總稱(chēng)， 這族礦物包括利蛇紋石、葉蛇紋石、纖蛇紋石（即蛇紋石石棉）等。
塊狀蛇紋石具有貝殼狀或參差狀斷口，硬度為2.5~3.5，密度為2.5~2.62 g/cm3。中國蛇紋巖礦產(chǎn)資源豐富、分布廣泛，據2005 年國土資源部《全國礦產(chǎn)資源儲量通報》數據顯示，現已探明儲量超過(guò)130 億t。蛇紋巖礦產(chǎn)分布在北京昌平，河北淶源、易縣、鹿泉、赤城，內蒙古呼和浩特、武川、固陽(yáng)，遼寧大連、朝陽(yáng)、寬甸、鳳城、岫巖、本溪、遼陽(yáng)、海城、營(yíng)口，吉林集安，山東日照、膠縣、即墨，江蘇東海，江西弋陽(yáng)，河南信陽(yáng)、內鄉、盧氐，湖北鄖縣，廣西清西，四川彭縣、石棉、越西，云南武定，青海祁連、樂(lè )都，陜西略陽(yáng)，新疆托里、和碩、若羌等地。
目前中國蛇紋巖開(kāi)采量約為200 萬(wàn)~300 萬(wàn)t/a，主要用作鈣鎂磷肥的原料、耐火材料、建筑裝飾材料等。具體用途有：用作制造硫酸鎂的原料；采用碳還原法從含鎂較高的蛇紋巖中提煉金屬鎂，從含鈷、鎳較高的蛇紋巖中提煉鈷和鎳； 當生產(chǎn)鑄石或巖棉配料時(shí)，若鎂組分不足，可采用蛇紋石作為輔料，以提高鎂組分含量，相對地降低鋁、鈣組分含量；鮮艷透明、半透明、質(zhì)地致密堅硬的蛇紋巖可作為玉石工藝品原料。蛇紋巖礦產(chǎn)應用中的一般工業(yè)要求（不包括蛇紋玉）見(jiàn)表1。蛇紋巖主要是由硅、鎂氧化物組成的巖石，具有耐熱、抗腐蝕、耐磨、隔熱、隔聲等特性，因而應用前景廣闊。
2 蛇紋石綜合利用開(kāi)發(fā)現狀
蛇紋石是一種水合硅酸礦物，其晶體結構是由氫氧鎂石的八面體層與硅氧四面體的六方網(wǎng)層按1∶1 結合構成結構單元層。目前蛇紋石（蛇紋玉除外）應用時(shí)加工處理原礦的主要方法有3 種：物理加工、熱法（焙燒法）、濕法（酸解法）。
2.1 物理加工法產(chǎn)品應用現狀
1）用于處理工業(yè)及生活廢水
蛇紋石的斷裂結構上存在不飽和的Si—O—Si、O—Si—O、含鎂鍵、OH—等，構成了蛇紋石的活性基團，使蛇紋石具有很高的化學(xué)活性。因此，用蛇紋石粉礦可以制取具有高吸附性能的吸附劑，用于處理工業(yè)和生活廢水。
郭繼香等在研究蛇紋石吸附處理污水中重金屬離子時(shí)，用蛇紋石作吸附劑，在70 ℃、6 h 條件下，可有效去除中性水中的Cd2+、Cu2+、Fe3+、Pb2+、Ni2+，用蛇紋石固定式吸附柱，對重金屬離子也有很好的去除效果，對合成水樣的重金屬離子去除非常理想。A.Drizo 等研究了蛇紋石的除磷作用，結果表明，0.6～3.2 mm 蛇紋石對于較低的磷含量（0.21 mg/g）的除磷效率大于95%，但隨著(zhù)磷含量的逐漸增加，蛇紋石的除磷效率呈線(xiàn)性下降。蛇紋石主要依靠表面吸附作用除磷，因此除磷效率與其比表面積密切相關(guān)。
2）制備潤滑自修復劑
蛇紋石硬度小，耐550～700 ℃高溫，性質(zhì)穩定，吸附性強，耐磨性好，摩擦系數低，熱膨脹系數與黑色金屬相近。將其加至潤滑油或潤滑脂中不會(huì )與油品發(fā)生化學(xué)反應，不改變油的黏度和性質(zhì)，安全無(wú)毒。機械運行過(guò)程中摩擦形成的修復膜不易脫落，有利于提高抗磨減摩性能，因此蛇紋石可用于制備潤滑自修復劑。
曹娟等的研究表明，添加0.3%（質(zhì)量分數）超細蛇紋石粉的潤滑油摩擦因數減小26.2%， 磨斑直徑降低19.8%； 并且由于形成超細蛇紋石粉修復鍍層，使潤滑油在高載荷下具有很好的減摩性能。陳文剛等的研究表明，將熱處理后的蛇紋石粉體加入到潤滑油中，在摩擦磨損過(guò)程中，蛇紋石顆粒能在磨損表面發(fā)生反應形成自修復膜層，起保護修復作用。
3）直接作肥料和陶瓷工業(yè)原料
蛇紋石礦物中Mg、Si 及其他的一些微量元素能被植物吸收，有助于促進(jìn)植物生長(cháng)，還對土壤有一定的改良作用。蛇紋石礦物用于農業(yè)肥料，在國內外已得到廣泛的應用。一般將蛇紋石礦生產(chǎn)成鈣鎂磷肥，直接施用或和其他肥料配合施用。
蛇紋石礦物還可用于陶瓷工業(yè)原料， 經(jīng)高溫燒制的陶瓷制品硬度大、耐熱性好。楊贊中等利用石棉尾礦中的蛇紋石作為生產(chǎn)日用陶瓷的原料， 不僅燒成產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良、性能檢測可與滑石瓷媲美，而且還可降低燒成溫度。
2.2 熱法（焙燒法）加工法產(chǎn)品應用現狀
1）制備水溶性磷肥工藝
用磷礦、焦炭和蛇紋石為主要原料，可以制備水溶性鈣鎂磷肥， 蛇紋石主要用作助熔劑促進(jìn)磷礦在高溫下熔融。工藝流程詳見(jiàn)圖1。此法生產(chǎn)的粒狀水溶性磷肥是以氧化鎂、氧化鈣、二氧化硅和磷酸鹽為主要組分的玻璃體物質(zhì)， 一般認為鈣鎂磷肥的有效成分是α-Ca3（PO4）2和MgO。
 2）熱法制備膠凝材料和耐火材料
纖蛇紋石的抗張強度大、熱穩定性能好、熱導率低、隔熱效果好、電阻率高、絕緣性強，并且蒸壓處理后膠凝性好， 因此，纖蛇紋石可作為多功能性原材料，用于制備石棉摩擦材料和石棉水泥復合建材。
目前，工業(yè)上用蛇紋石制成的主要耐火材料產(chǎn)品焦爐磚，具有很好的堿性耐火作用。王林以蛇紋石、白云石為原料，加入一定的穩定劑，在1 200～1 300 ℃煅燒，制得鎂鈣質(zhì)耐火材料，其耐火度達到1 680 ℃以上。此外，還可利用蛇紋石與燒結鎂砂燒制成耐火度高于1 820 ℃的鎂橄欖石耐火材料。
3）堿熔法制硅酸鈉產(chǎn)品
將蛇紋石礦粉與堿性熔劑（如碳酸鈉），按一定比例混合，在900 ℃左右高溫熔融，使蛇紋石分解成碳酸鎂和硅酸鈉，再加無(wú)機酸生產(chǎn)鎂鹽及硅酸，經(jīng)沉淀，分離制取硅產(chǎn)品、鎂產(chǎn)品、稀有金屬海綿鈀產(chǎn)品等。
4）采用真空碳熱還原制備金屬鎂的工藝
苑占永等以蛇紋石礦粉為原料，添加碳質(zhì)還原劑、催化劑，混合后壓制成球狀或塊狀的球團；將干燥后的球團料裝入真空爐中， 先脫去結晶水使物料焦結；再升溫還原硅酸鎂及金屬鐵、鎳的氧化物；還原出的鎂蒸汽冷凝為結晶鎂， 爐渣中的金屬鐵和鎳通過(guò)磁選回收， 經(jīng)過(guò)磁選的爐渣再脫碳提純后成為工業(yè)碳化硅。采用真空碳熱還原制備金屬鎂工藝流程見(jiàn)圖2。
2.3 濕法（酸解法）加工法產(chǎn)品應用現狀
采用無(wú)機酸（硫酸、鹽酸、硝酸等）對一定粒度蛇紋石粉進(jìn)行酸解，將蛇紋石中鎂組分與酸發(fā)生反應，生產(chǎn)可溶性鎂鹽［如MgSO4、MgCl2、Mg（NO3）2等］，從而將不溶于酸液的硅分離出來(lái)， 可分別制取鎂化合物及硅化合物，此法稱(chēng)濕法或酸解法。此法綜合工藝流程詳見(jiàn)圖3。
 圖3 中有關(guān)助劑說(shuō)明：1）活化劑，活化劑的使用是為了提高蛇紋石中鎂的浸出率，不同研究者使用的活化劑略有不同。楊?？〉燃尤霃秃闲突罨瘎〧S-1，有的加入分散劑、氧化劑等。2）沉鎂劑，沉鎂劑主要有氨與硫酸銨；氨與碳酸氫銨；石灰乳與含一定濃度CO2的混合氣體；氨；燒堿等。采用不同酸解劑及沉鎂劑，副產(chǎn)物不同，有硫酸銨、氯化銨、硝酸銨、氯化鈣、碳酸鈣、氯化鈉等。
除了濕法提取鎂化合物及硅化合物， 還可根據蛇紋石礦物組成含有Al、Fe、Mn、Cr、Pd、Ni、Pt 等成分多少，同時(shí)提取不同稀有金屬，是回收利用Pd、Pt等貴金屬的有效途徑。
戴元寧提出以蛇紋石為原料，全濕法制取氣相白炭黑、透明碳酸鎂、活性氧化鎂、硫酸鎳，并回收鐵、鉻的化工冶金技術(shù)。用硫酸為浸取劑，以鹵化物為活化劑，使蛇紋石中的硅制成氣相白炭黑產(chǎn)品；將含鎂、鐵、鎳、鉻的硫酸鹽浸取液進(jìn)行處理，先用堿沉淀除鉻、除鐵后，再硫化沉鎳反應生成硫酸鎳，最后碳化使鎂轉化成透明碳酸鎂及活性氧化鎂。用燒堿吸收酸解硫化沉鎳反應放出的硫化氫氣體生成硫化鈉，再返回沉鎳循環(huán)使用；碳化反應母液中的硫酸銨濃縮結晶成副產(chǎn)品工業(yè)硫酸銨。此發(fā)明綜合開(kāi)發(fā)蛇紋石，回收利用率高，避免了“三廢”污染。
劉湘霖等提出將蛇紋石粉經(jīng)過(guò)強磁場(chǎng)磁選，酸浸過(guò)濾，得到含二氧化硅90%（質(zhì)量分數）以上的無(wú)定形硅粉；在高溫下用燒堿將其溶開(kāi)，制作中高模數的水玻璃，或作為制白炭黑的原料；然后，用硫酸、鹽酸、硝酸或三酸混合，以及酸浸助劑對磁選加工過(guò)的礦粉進(jìn)行復式交替循環(huán)酸浸， 過(guò)濾出含雜質(zhì)的硫酸鎂溶液，調節pH、分級沉淀、過(guò)濾除雜，得到氧化鐵黃、氫氧化鐵和氫氧化鋁為主的無(wú)機工業(yè)染料；再將鎳富集起來(lái)，用于鎳的提??；最后將精制除雜的硫酸鎂液體，用碳酸氫銨和氨水或硫化鈉沉淀后，得到高純氧化鎂； 蒸發(fā)濾液得到含鎂和鈣的硫酸銨或硫酸鈉。
中國蛇紋石儲量豐富，分布較廣，質(zhì)量?jì)?yōu)，目前對蛇紋石的加工處理仍以物理加工方法及熱法加工法為主，蛇紋石直接應用或做鈣鎂磷肥、冶金熔劑等初級應用，經(jīng)濟效益不高。近年來(lái)國內大專(zhuān)院校、科研院所、科技公司開(kāi)展濕法加工研究，新工藝、新方法層出不窮，截止2011 年底公開(kāi)發(fā)表論文不完全統計達575 篇，申請專(zhuān)利27 項。但研究的多，轉化生產(chǎn)力的少，到目前僅李通等開(kāi)發(fā)的以蛇紋石為原料制取高純MgO 及強過(guò)濾劑技術(shù)，在太原建立了150 t/a 高純MgO 工業(yè)裝置， 產(chǎn)品MgO 質(zhì)量分數達到99.68% ， 超過(guò)以色列的99.4% ， 居世界領(lǐng)先水平。
段凌波課題組開(kāi)發(fā)的三強酸正反提純濕法生產(chǎn)人造助濾劑和化學(xué)純鎂質(zhì)材料新工藝， 取得新進(jìn)展，正在積極籌建工業(yè)裝置。蛇紋石濕法制備化工材料是今后發(fā)展的重要途徑之一， 用一種原料制備鎂、硅兩大系列產(chǎn)品，且有多種品種及規格，其經(jīng)濟效益和社會(huì )效益顯著(zhù)。
3 結束語(yǔ)
蛇紋巖是一種重要的硅酸鎂類(lèi)礦物， 主要含有元素鎂和硅， 還伴生有少量的稀有金屬， 如Ni、Pd等。中國從20 世紀90 年代開(kāi)始對蛇紋巖礦利用進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究（蛇紋石玉礦除外），但產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展緩慢， 目前僅限于原塊礦出售和簡(jiǎn)單物理加工的粗產(chǎn)品，濕法加工研究論文多，產(chǎn)業(yè)化少。
目前對蛇紋巖的研究范圍在擴大， 涉及到Mg、Si、Ni、Fe 等元素分離；高純MgO、多孔活性SiO2、鎂鹽、氫氧化鎂系列產(chǎn)品；水玻璃、氣相白炭黑、沉淀白炭黑、偏硅酸鈉、硅溶膠、硅納米線(xiàn)等硅化物系列產(chǎn)品；Ni、Pd 等稀有金屬回收利用；鐵系產(chǎn)品等。其產(chǎn)品應用領(lǐng)域有：鎂硫磷肥、微量元素肥料、土壤改良劑；耐火材料、冶金助熔劑、鑄石、巖棉和燒結礦的輔助原料；在環(huán)保領(lǐng)域制備絮凝劑、過(guò)濾介質(zhì)、分子篩、廢氣和生活污水的處理劑、除氟劑等；醫藥上的礦物藥］；建筑上的裝飾材料?？傊?，中國蛇紋巖礦儲量大、分布廣、質(zhì)量?jì)?yōu)、應用領(lǐng)域廣，是具有廣闊前景的非金屬礦種之一。隨著(zhù)中國經(jīng)濟的發(fā)展，蛇紋巖將具有更好的開(kāi)發(fā)前景和更高的利用價(jià)值。
作者： 宋麗英1，胡慶福2 ，劉寶樹(shù)2 ，胡曉湘2（1.白求恩軍醫學(xué)院，河北石家莊050081；2.河北科技大學(xué)）
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