|
| |
| 蛇纹石资源综合利用研究进展 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-03-23 12:24:31 浏览次数： |
|
| |
1 概述
（中国粉体技术网/班建伟）蛇纹石是一种重要的硅酸盐类矿物，主要含有元素镁和硅，还伴生有少量的稀有金属，如镍、钯等。我国从20世纪90年代开始对蛇纹石矿进行开发研究，但进展缓慢，多数矿山主要是出售原块矿和简单加工的粗产品，价值极低，效益很差，同时也浪费了大量资源。随着资源与各种环境问题的凸显，建立资源节约型、环境友好型社会的理念逐步深入人心，国家及社会对清洁生产和绿色工艺越发重视。
目前蛇纹石综合利用研究最普遍的湿法酸浸工艺，无论是在化学原料的选择及利用上还是在化学反应中对废气、废渣、废液的控制上都明显与现代清洁生产和绿色工艺不甚相容。因此，在蛇纹石的综合利用中探索一条高效、环保的绿色工艺流程，对资源、环境、经济、社会效益等的多赢十分必要。
我国蛇纹石矿资源储量丰富，保有储量超过5亿t，分布广泛。主要分布江西、四川、河南、安徽等地,山东、江苏、陕西、内蒙等地次之。我国蛇纹石矿质地良好, 大部分矿石中伴生有镍等金属矿产。
2 蛇纹石的应用领域
蛇纹石类矿物由于具有耐磨、耐热、隔热、隔音、抗腐蚀等性能, 已得到较好的开发应用[3]，广泛用于：①制造化肥；②做耐火、雕刻与器具材料；③生产铸石、岩棉和烧结矿的辅助原料；④医药工业做泻利盐的原料，用于非处方治疗；⑤提取硅、镁、镍、钯等元素，利用蛇纹石提镁残渣制取五水偏硅酸钠等；⑥环境保护，以蛇纹石为主要原料可以开发制备絮凝剂、吸附剂、过滤介质、分子筛、除臭剂等，用于含重金属、有机物等工业废水、废气和生活污水的处理；⑦蛇纹石具有网状结构，比表面积大，有很多可与F-交换的OH-基团，用于制备除氟剂。
对蛇纹石的处理方法大致可分为3 类：物理选矿、化学提纯以及生物选矿。其中物理选矿能耗较低、工艺结构相对简单，但由于蛇纹石伴生矿物较多，处理技术难度较大，使其分离效率不高，利用率较低，目前通过物理选矿还难以分选出高品位的精矿。化学提纯可有效地提高利用率，并在一定程度上保证产品的纯度，但存在着设备投资大、能耗高、工艺流程复杂、原材料消耗多、经济效益不佳等诸多的缺点。生物选矿尚处于摸索阶段，关键技术还不够成熟。目前，对蛇纹石的选矿及综合利用在国内外基本上以化学提纯为主。
3 国内蛇纹石综合利用研究现状
我国对蛇纹石资源开发和利用起步较晚，国内蛇纹石矿的应用主要在3个方面：①利用蛇纹石的光学效应，用于建筑装饰材料和玉石原料；②利用蛇纹石耐高温性能，用于耐火材料及制备阻燃剂；③利用蛇纹石晶体化学特性用于烧制钙镁磷肥、镁质瓷、冶金熔剂原料、轻质氧化镁和多孔氧化硅、医药等。此外，石棉工业中产生的大量温石棉尾矿由于量大面广、危害严重，近年来逐步引起人们的重视，温石棉属蛇纹石石棉，其尾矿成分同蛇纹石，将这些温石棉尾矿回收利用不仅可充分的利用资源，变废为宝，还可获得可观的经济与环境效益。
目前，对蛇纹石进行选矿的方法主要是酸浸取法。据具体流程不同，可分为两种：①煅烧酸浸取法，该法的基本工艺流程为：破碎→煅烧、活化→酸浸取，这种方法污染小；②热酸浸取法，该法比较适合实验室进行初期可行性实验探索，其缺点是设备复杂和空气污染较大。酸浸取法的基本原理是采用盐酸、硫酸、硝酸等强酸在一定温度下对蛇纹石矿进行酸化处理，使其分解。酸化后可以分为酸不溶物和酸溶物两部分。再经过不同的工序处理，获得多孔硅、氧化镁及金属氧化物，其中氧化铁可以做为炼铁原料，或进一步加工成铁红。其他金属氧化物可以进一步分离提纯，获得镍、钴、铜、铂、钯等金属。湿法酸浸较好地克服了火法的缺点，具有设备投资较少、能耗较低、原材料消耗较少等特点，但目前报道的方法大都存在着金属离子浸出率不高、酸浸反应速率较慢等问题。
杨保俊等采用循环活化酸浸新技术，提出了以蛇纹石为原料制取轻质氧化镁和水玻璃的新方法，有效的提高了镁、硅的回收率并且缩短了酸浸时间。他们研究了主要工序的最佳工艺条件，此条件下，蛇纹石中MgO的平均浸出率及酸浸滤饼中活性二氧化硅的浸出率均在97%以上，酸滤液中Mg2+回收率大于96%。制得的轻质氧化镁和水玻璃质量符合国家标准，蛇纹石中氧化镁的回收率大于90%。
郑水林等发明了一种综合利用蛇纹石石棉尾矿的方法，将石棉尾矿粉碎后加酸溶解并过滤洗涤；对滤液进行氧化，加入适量碱充分反应后过滤除去氢氧化铁；然后在滤液中加入碱并加入表面处理剂，反应完全后过滤、干燥、打散，得超细活性氢氧化镁产品。再将酸溶残渣加碱溶解并过滤洗涤，滤液加酸沉析和加入粒子阻隔剂以防止颗粒团聚,然后陈化、过滤、洗涤、干燥、打散，得超细二氧化硅产品。将氢氧化铁煅烧得氧化铁产品。碱溶尾渣加入氧化铁等助剂制取彩砖。该方法石棉尾矿综合利用率高、无废渣排放、产品质量好、档次高、综合生产成本较低，已申请了发明专利。
此后郑水林等与甘肃阿克塞富利达非金属开发公司合作又进行了温石棉尾矿综合利用中试技术研究：以石棉尾矿为原料，采用酸浸、氧化除铁、控制碱析Mg(OH)2以及酸浸渣碱溶、稀酸法控制沉析SiO2工艺，并在碱析和稀酸沉析过程中适时添加表面处理剂和粒径控制剂，制备了超细高纯Mg(OH)2和超细高纯高比表面积SiO2。
苏庆平等以蛇纹石石棉尾矿为原料，对制备轻质氧化镁的工艺条件进行了优化研究：以硫酸浸矿，在矿物粒度为80目、酸用量为理论值的120%、液固比为4∶1、反应温度为95℃左右、反应时间为1h的条件下，镁的浸出率可达81.74%; 采用多效分离剂，在pH值5.5～6.5时分离杂质铁，经碳酸钠水溶液沉淀的碳酸镁，在850℃焙烧2.5h，其轻质氧化镁的纯度达到99.3%。
姜延鹏等采用煅烧工艺将石棉尾矿活化后，利用硫酸浸取活化产物中的氧化镁获取结构遭到破坏的酸浸渣，然后再用氢氧化钠溶液浸取酸浸渣，获Na2SiO3溶液，最后采用碳化法制备纳米SiO2。研究碳化温度、碳化时间、Na2SiO3溶液浓度、碳化终点pH值、搅拌速度及表面改性剂用量对纳米SiO2形成及转化率的影响，同时严格控制Na2SiO3溶液模数和陈化时间，采用X-射线衍射、X-射线荧光光谱仪及扫描电子显微镜对制备的纳米SiO2样品的物相、化学成分及颗粒形貌进行表征。
提出了最佳工艺条件：反应温度70℃、碳化时间50min、Na2SiO3溶液浓度为0.6mol/L、碳化终点pH值为7.5左右、搅拌速度1 500r/min、表面改性剂用量为4%。在此最佳实验条件下，SiO2转化率达到75%、SiO2含量为99.00%、颗粒呈规则球形、大小均匀、粒度50nm左右。
针对在以往蛇纹石综合利用研究中对提取和制备含镁组分研究和应用较多而对含硅组分及产品提取和制备研究相对较少的倾向，郑水林、孙志明等分别对蛇纹石石棉尾矿酸浸渣的相关性质进行了研究。研究发现：经过煅烧的蛇纹石石棉尾矿酸浸渣对Cu2+的吸附热力学符合Langmuir吸附等温式，对水中Cu2+的吸附性能在Cu2+浓度为20mg/L、溶液体积为100mL、初始pH值=4.85、吸附温度为25℃、吸附时间为60min、酸浸渣用量为10.0g/L时，Cu2+去除率达96.5%、溶液中残余Cu2+的浓度为0.7mg/L，达到了GB8978-1996污水综合排放标准，并且发现溶液中Cu2+被吸附是离子交换和Cu2+与酸浸渣羟基官能团形成配合物共同作用的结果，且弱酸性条件(4.85<pH值<5.75)有利于吸附反应的进行。此外他们的研究还发现以煅烧后的蛇纹石石棉尾矿酸浸渣作为道路沥青填充改性剂，在适宜的填充工艺条件下制得的改性沥青在高温性能、低温性能、高低温稳定性以及抗老化性方面均得到显著改善或提高。
3 结语
从蛇纹石的开发利用研究现状可以看出，蛇纹石的研究利用范围正逐年扩大，蛇纹石中各组分的分离效率及利用率在不断提高，各种工艺流程也在不断地改进优化。但同时值得注意的是，尽管从整体上看蛇纹石的综合利用程度正越来越高，但就某单一的工艺流程来说，极少有比较系统的统筹考虑分选药剂、原料同处理工序和最终产品与副产物的关系的；对如何实现入料的无害化和绿色化及最终产品的高质量、高附加值以及中间副产物的循环回收利用、同时又尽可能的简化流程、保证高的分选效率等方面还缺乏相关的深入研究。此外，多种工艺间的集成与优化组合对分离蛇纹石中不同组分、提高蛇纹石综合利用率及分选效果和产品质量的探究还有待加强。为此，对前人在蛇纹石综合利用方面的研究进行系统的总结、创新就显得尤为必要。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
