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蛇紋石

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一、礦產名稱  蛇紋石(Serpentinite

二、礦床類型及其分布

1.礦床的成因類型

蛇紋石是超基性巖中的橄欖石、輝石受高溫熱液交代而成的產物,白云石經熱液交代也可形成蛇紋石。因而蛇紋石礦床(主要為溫石棉)按礦床成因類型可分為:超鎂鐵質巖型、鎂質碳酸鹽巖型、混合巖化型和水鎂石纖蛇紋石石棉礦床四種。

2.礦床的工業類型

蛇紋石根據其在工業中的用途不同可分為:

① 制鈣鎂磷肥用蛇紋石礦床

② 作冶煉熔劑用蛇紋石礦床

③ 作燒結爐造渣劑用蛇紋石礦床

④ 建筑材料及工藝品用蛇紋石礦床

3.礦產的分布情況

我國蛇紋石資源豐富,質地良好。主要礦產地有江蘇省東海縣行溝、江西戈陽樟樹墩、河南省信陽臥虎、陜西省寧強縣黑木林、略陽縣煎茶嶺及勉縣安子山等。

三、礦床的主要工業指標

2   蛇紋石礦床一般工業要求

   

    分,%

    

MgO

CaO

SiO2

MgO/ SiO2

制鈣鎂磷肥

32

<5

不規定但要查明含量

 

 

堿性耐火材料

>40

<0.8

 

>1.1

R2O3<10%,耐火度>1750°C

冶煉熔劑用

38

不規定但要查明含量

 

Al2O31.6% Ni0.5%  

S0.26% P0.05%

: 1.礦床最低可采厚度2m。

  2.夾石剔除厚度2m。

四、礦石性質

1.礦石的礦物組成

蛇紋石是一種主要由蛇紋石組成的變質巖,它是超基性巖經中低溫交代作用或中低區域變質作用,使巖石中的橄欖石和輝石發生蛇紋巖化作用而形成的。

蛇紋石是富含鎂的硅酸鹽巖石,由超基性巖受高溫熱液作用變質而成。主要組成礦物為葉蛇紋石、纖維蛇紋石、利蛇紋石等,其次有磁鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦、水鎂石、鎂鐵碳酸鹽,有時含有少量透閃石、金云母、滑石等。

2.目的礦的特征

蛇紋石是一種高鎂礦物,其化學式為:Mg6[Si4O10](OH)8,其中含MgO 43.6%, SiO2 43.3%,H2O 13.1%,有時混入少量的FeO、Fe2O3、NiO等成分??笪镅е邪焉呶剖魑呶剖蹇笪锏淖艸?,這族礦物包括:

⑴ 利蛇紋石:其結構層呈平板狀,為單斜晶系。

⑵ 纖維蛇紋石:其結構層彎曲成管狀,為單斜或斜方晶系。

⑶ 葉蛇紋石:其結構層波狀起伏如葉片狀,單斜晶系。

蛇紋石是一種層狀硅酸鹽礦物,其結構層是由一層硅氧四面體與一層氫氧鎂石八面體結合而成的雙層。蛇紋石呈各種程度不同的綠色,如淺綠、黃綠、暗綠色及黑綠,也有呈灰白色。其顏色隨所含雜質成份不同而變化,含綠泥石者呈黃綠色,含磷鐵礦、鉻鐵礦者色黑,含褐鐵礦者為褐紅色。解離平行{001}完全??樽湊呔弒純親椿蠆尾鈄岸峽?。硬度2~3.5,相對密度 2.5~2.62,蛇紋石石棉相對密度為2.4~2.5。

 

五、工藝特性及主要用途

1.工藝特性  蛇紋石礦物中纖蛇紋石成為現代工業最廣泛應用的非金屬礦物之一,其多為淺色,絹絲光澤,具微細管狀構造的高度纖維化纖維,纖維直徑為2×10-5mm~5×10-5mm,質地柔軟富有彈性,可劈分,可紡性好。熔點高(1500°C)且不易燃燒。耐熱性能良好,其長時間耐熱溫為500550°C,短時耐熱溫為700°C。折光率1.51.7。隔熱性好,導熱系數僅為0.10.23W/m·K??估慷卻?,可達3.16×105Pa,大大地超過了其它有機、無機纖維材料。絕緣性能好,其體積電阻率一般為3.1×1085.12×108Ω·cm,表面電阻率為2.66.44×1018Ω?;咕哂薪锨康哪圖钚裕釷戳吭?span lang="EN-US" style="font-size:14px;">0.30.7%范圍)和較低的耐酸性(酸蝕量達5060%)。另外質地細密略帶蘋果綠色的蛇紋石(又稱岫巖玉)是工藝雕刻的玉料、石料及建筑用材。

2.主要用途  蛇紋石類礦物由于具有耐熱、抗腐蝕、耐磨、隔熱、隔音、較好的工藝特性及伴生有益組份,因而應用前景廣闊,目前主要用于以下幾個方面:

1)制造化肥  蛇紋石與磷灰石或磷塊巖一起煅燒,可制成鈣鎂磷肥,如單獨施用蛇紋巖細粉,亦有一定肥效。特別是用于玉米、薯類、豆類以及塊根、塊莖類作物,效果較好。

2)作耐火材料   如唐山鋼鐵廠用蛇紋石制成蛇紋石焦爐磚,重慶、太原等鋼廠用蛇紋石制成鎂橄石磚,作為堿性耐火材料,效果很好。

3)醫藥工業用  蛇紋石可作為制造瀉利鹽的原料。

4)提煉金屬鎂  含鎂較高的,可以提煉金屬鎂。從含鈷、鎳較高的蛇紋巖中,還可提煉鈷和鎳。

5)提取纖維狀非晶硅  從蛇紋巖中提取的非晶硅與碳在高溫下反應,可制成硅的晶須、晶粉和晶體。

6)雕刻材料  鮮艷透明、半透明、質地致密堅硬的蛇紋巖可作為玉石工藝品原料。中國蛇紋巖玉己有十余種,例如遼寧的岫巖玉載譽國內外。

7)生產鑄石或巖棉的輔助原料  鑄石或巖棉配料中,若MgO不足時,可采用蛇紋巖作為輔助原料,以提高Mg0含量,相對降低Al2O3 、CaO含量。

 

六、產品質量標準

對蛇紋石的工業技術要求主要體現在化學成分及含量上,一般主要以MgOCaO的含量作為依據:

①農用化肥配料  MgO 36% ,CaO 3~5%。

②冶煉熔劑配料 

要求蛇紋巖中MgO38%,有害組分Al2O31.6%,S0.26%,Ni0.5%, P0.05%,在高爐和燒結爐裝入添加一定量蛇紋巖作造渣劑,可明顯地改善爐渣的流動性,還可使得燒結礦具有較好的結構構造特征和機械強度。

③作耐火材料  要求蛇紋巖中的MgO40% ,CaO0.8%, Al2O3<1.5%,耐火度>1750°C。

    ④燒結爐造渣劑MgO>35%,粒度10~30mm,燒失量<1%。

⑤建筑材料及工藝品用蛇紋石

外觀:色彩鮮艷美觀,結構致密,均勻末經風化。物理性質:有一定塊度和抗壓強度,具有琢磨和加工性。

七、綜合利用工藝技術

   

①蛇紋石選礦 

蛇紋石礦一般是選擇富礦體開采。對原礦進行破碎、篩分,達到一定塊度要求后即可出售。

為探索蛇紋石與其伴生有用礦物的分離途徑,也進行了蛇紋石浮選特性的研究。結果表明,油酸鈉和十二烷基胺鹽酸鹽都對蛇紋石有較好的捕收性能。據推測,蛇紋石表面的Mg質點是油酸根吸附的活性點,而用陽離子捕收劑十二烷基胺鹽浮選時,胺是以分子狀態吸附在蛇紋石表面。水玻璃對蛇紋石浮選具有強烈的抑制作用。

② 蛇紋石作為配料生產鈣鎂磷肥

蛇紋石制造水溶性磷肥的工藝流程為:

目前國內利用蛇紋石為配料生產鈣鎂磷肥的企業主要有:廣西磷肥廠、云南磷肥廠、江蘇東海磷肥廠。

③從蛇紋石中提取氧化鎂 

蛇紋石是高鎂礦物。從蛇紋石中提取氧化鎂的設想和工藝于10年前在奧地利首先提出。該法可望成為除從海水和菱鎂礦中提鎂之外的第三種生產氧化鎂的方法,而且與從海水中提取相比,該法生產的氧化鎂不含焦硼酸鈉等可溶性物。從蛇紋石中提取氧化鎂的工藝過程如下:

 

             可溶部分      提純    噴霧煅燒     氧化鎂產品   

                       

            不可溶部分     提純      干燥     多孔二氧化硅產品

 

在多級連結淋濾裝置中,0~1mm的蛇紋石顆粒在105、20%的鹽酸中進行浸出。蛇紋石顆粒在鹽酸中停留時間為2.5小時。浸出液提純除去鐵等雜質后,經噴霧煅燒即成純度99%以上的氧化鎂產品。浸出殘渣為多孔二氧化硅,孔徑范圍0~2nm,比表面積達到150m2/g。這種浸出渣己在造紙、釀造業及污物凈化中獲得成功應用。

采用以上工藝,平均每噸蛇紋石能生產380kg優質氧化鎂和250kg二氧化硅。

④ 提取有用組份  澳大利亞從蛇紋巖中提取高品級氧化鎂和多孔性氧化硅兩種高級化合物,多孔性氧化硅可用于造紙業、釀造業及污水凈化等方面。我國經過試驗也獲初步成果,所提取的氧化鎂和多孔二氧化硅的純度大于99.5%。日本工業技術院公害資源研究所研究出一種從蛇紋石中提取非晶質硅石(SiO2)的新技術,即將蛇紋巖粉碎成直徑為30um的顆粒,制成淡灰色粉末,然后消磁以去掉其中的磁性物質,再用濃度為1020%的鹽酸或硫酸在100溫度下酸洗,便可得到白色的非晶體硅石,在非晶體硅石中加入優質碳黑,在高溫(約2000)下使其發生反應,便制成了碳化硅單晶纖維和碳化硅結晶體,碳化硅(SiC,硬度僅次于金剛石,熔點高達2700,可用于制砂輪及高級耐火材料,碳化硅單晶可作為制作高級無線電元件之材料。

 

八、開發利用現狀及發展趨勢

目前我國蛇紋石的開發利用尚處于初級階段,開發利用水平很低。大多數礦山主要是靠出售原塊礦和簡單加工的粗產品,價值極低為幾十元一噸,效益很差。針對我國蛇紋石開發利用的現狀,我們應該加強以下幾個方面的開發研究工作:

①提取有益組份并合成再生出新的工業高級制品,這方面日本、澳大利亞、美國己進入世界前列,我國仍處于試驗階段。

②生產復合礦物肥料   在原料中混入10%左右的鉀長石,與磷礦粉、蛇紋石及焦炭入爐熔煉后,可制成鈣鎂磷鉀肥,其生產成本比生產鈣鎂磷肥減少30%,使用效果比鈣鎂磷肥好,是很有發展前途的肥料。

③提高尾礦的資源開發利用率  主要體現在對尾礦短纖維石棉、殘余爐渣及廢石的綜合回利用上,如開發尾礦研制生產新產品途徑、從中提煉有益元素及尾礦的直接利用,制備質量高的建筑材料等方面。尾礦的綜合利用一方面可以變廢為寶,增加經濟效益;另一方面可以減少對環境的污染,以凈化環境;第三還可以起到節省能源的作用。

④提高綜合利用程度  蛇紋石中賦存分散的硅酸鎳,用一般的冶煉條件和工藝難以獲取。在制造鈣鎂磷肥后的爐渣中,鎳得到了富集,可綜合回收。例如江蘇省東海縣磷肥廠用許溝蛇紋石制造鈣鎂磷肥后,爐渣中鎳、鈷、鉻相對富集10~15倍,而且還發現了鉑族元素,品位較高,值得回收利用。該廠從爐渣中回收鎳,所得電解鎳含Ni99.99%,平爐鎳含Ni61.58%,碳酸鈷含鈷18.50%。每年可從爐渣中提取硫酸鎳65~70t,每噸售價6500~7000元。鉑族元素可在提鎳工藝后進一步富集,但目前因工藝流程未獲解決,尚未回收。

 

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