肖景波，陳居玲
（南陽東方應用化工研究所，河南南陽，473000）
【摘要】: 蛇紋石是一種含有多種有價元素的礦產資源，具有一定的開發(fā)與應用價值。本文介紹了目前我國蛇紋石資源綜合利用的應用、研究與產業(yè)化現狀，并就研究與產業(yè)化過程存在的一些問題提出了建議。
【關鍵詞】: 蛇紋石；研究；產業(yè)化；現狀；
1、概述：
蛇紋石是鎂的一種含水富鎂硅酸鹽礦物,化學組成為3MgO·2SiO2·2H2O或MgO[Si4O10](OH)8，其中含氧化鎂（MgO）43.0%，二氧化硅（SiO2）44.1%，水（H2O）12.9%。常見的混入物有氧化亞鐵（FeO）、三氧化二鐵（Fe2O3）和氧化鎳（NiO）等。
我國蛇紋石資源儲量十分豐富，已探明的蛇紋石總儲量超過50億噸，居世界第三位。礦點遍布全國十幾個省區(qū)[1]。
蛇紋石礦含有鎂、硅、鐵、鎳、鈷等有價元素，同時具有耐熱、抗腐蝕、耐磨、隔熱、隔音等性能，具有一定的開發(fā)利用價值。我國對蛇紋石資源的綜合利用始于上個世界七十年代，主要利用途徑有制造化肥、用作耐火材料、生產鑄石或用作巖棉的輔助材料、用于制備鎂、硅化合物、提取鐵、鎳化合物等。
2、蛇紋石綜合利用研究現狀：
上個世紀90年代以來，國內對蛇紋石綜合利用途徑及相關技術的研究較為活躍。研究方向多集中在采用濕法冶金工藝綜合利用其中的各種有價元素方面。
于少明等[2]在對現有蛇紋石綜合利用工藝流程所存在的問題進行分析的基礎上，研究了蛇紋石短流程加工工藝。研究結果表明，采用活化酸浸新技術和鎂的新的回收方法，可以明顯提高蛇紋石礦中各有價元素的利用率，縮短工藝流程，降低生產成本。
胡章文等[3]提出以硫酸酸浸蛇紋石，在對浸出液進行凈化及表面活性劑存在的條件下，采用氨化法工藝制備針狀納米氫氧化鎂的方法。實驗結果證明，在優(yōu)化工藝條件下，產物晶型發(fā)育完整，呈針狀，粒徑在5～10nm之間，長徑比為15～20，而且分散性能良好。
符劍剛等[4]研究了硫酸二段逆流法從鎳蛇紋石中浸出Ni，Mg新工藝。在優(yōu)化工藝條件下， Ni ，Mg浸出率分別可達到97.8%和99.3%，而且浸出液中游離態(tài)硫酸的質量濃度較低，可降至1～5g/l，從而使浸出液的PH值保持在1.0～2.0之間，便于進行下一步凈化除雜，同時也降低了反應過程中硫酸用量。
戴元寧[5]提出了一種蛇紋石礦的全濕法綜合處理工藝。該工藝以蛇紋石為原料，采用濕法冶金工藝制取氣相白炭黑、透明碳酸鎂、活性氧化鎂、硫酸鎳，并且回收鐵、鉻為精礦。工藝過程中用采硫酸為浸取劑，鹵化物為活化劑，使蛇紋石中的硅以氣相分解逸出，再經過銨化氧化制得氣相法白炭黑產品；鎂、鐵、鎳、鉻以硫酸鹽形式進入溶液，經一級堿化沉淀制得鉻精礦，二級堿化沉淀脫雜制得鐵精礦，三次硫化沉淀制得硫化鎳，四次碳化沉淀轉化制備透明碳酸鎂以及活性氧化鎂；硫化沉鎳過程放出的硫化氫以燒堿吸收為硫化鈉返回沉鎳步驟循環(huán)使用；碳化沉鎂所得的母液濃縮結晶收得副產品硫酸銨。
宋彬等[6]研究了以蛇紋石尾礦制備高純氧化鎂的新工藝，并考慮了粗硫酸鎂溶液凈化終點PH值的變化對氧化鎂產品純度的影響。通過正交實驗確定反應的最佳工藝條件為：反應溫度為40℃，硫酸鎂與碳酸鈉計量摩爾比為1:1.4，反應時間為30min，陳化時間為30min；在此條件下，所得樣品WMgO≥99.16%，WCaO≤0.08%。
陳虹等[7]研究了以蛇紋石酸浸殘渣為原料制取白炭黑的工藝過程，并對白炭黑產品的形貌和質量進行了分析。結果表明，制備白炭黑過程中SiO2總回收率為88.37%，白炭黑產品結構為無定型結構，形貌近似球狀，平均粒徑1.28um，化學成分達到HG/T 3061-1999的要求。
朱萍[8]公開了一種從蛇紋石中制備納米SiO2的方法。該方法以蛇紋石礦粉為原料，采取濃鹽酸回流浸取的方法，將蛇紋石中的可溶性元素浸出，剩下的固體殘渣主要成分是多孔SiO2，然后采用鹽酸沉淀硅酸鈉法制取納米SiO2，從而實現低成本、工藝簡便地制取納米SiO2。
宋寧等[9]提出了一種含鎳蛇紋石活化酸浸制備氫氧化鎂納米粉體的工藝。該工藝以含鎳蛇紋石為原料，以硫酸為浸出劑，采用黃鈉鐵礬法沉鐵、硫化法沉重金屬、NaOH中和法沉鎳、氧化劑和氨水調節(jié)PH值陳化法沉錳，溶液凈化后以氨水或氫氧化鈉溶液為沉淀劑，以無水乙醇為穩(wěn)定劑和脫水劑，在30-50℃溫度下反應，保溫陳化一段時間后經離心分離、洗滌、微波干燥后制得粒徑為20-50nm的氫氧化鎂納米粉體，粉體顆粒分布均勻。
潘繼紅[10]發(fā)明了一種蛇紋石中氧化鎳硫酸浸出提取的方法。該方法是一種硫酸浸出提取蛇紋石中低品位氧化鎳的方法，在常壓下加溫浸取，浸出液用固體沉淀劑沉淀鎳，產出鎳精礦品位達到20-50%，不僅適用于蛇紋石中氧化鎳的提取，而且也適用于其它低品位礦石中氧化鎳的提取。
苑占永等[11]提出了一種用蛇紋石礦物真空碳熱還原制備金屬鎂及副產品的方法。該方法以蛇紋石礦粉為原料，按照蛇紋石中的硅酸鎂被完全還原所需碳的理論量的1～2倍加入碳質還原劑，并且添加催化劑，混合均勻后壓制成球狀或塊狀的球團，干燥。將干燥后的球團裝入真空爐中，控制爐內真空度在10～500Pa，溫度控制在500～700℃，保溫反應20～60min；保持爐內真空度，升溫1200～1500℃，恒溫還原30～60min用以還原硅酸鎂及金屬鐵、鎳的氧化物。還原出的鎂蒸氣在鎂冷凝器上冷凝為結晶鎂，爐渣中的金屬鐵和金屬鎳經過磁選回收，經過磁選的爐渣經過脫碳提純后得到碳化硅。
南陽東方應用化工研究所開發(fā)出了以蛇紋石制備碳酸鎂、氫氧化鎂、氧化鎂，高分散輪胎專用白炭黑，電池級草酸亞鐵及氧化鐵紅工業(yè)顏料、軟磁氧體用高純氧化鐵、聚合硫酸鐵，鎳鈷精礦新工藝。在優(yōu)化工藝條件下，氧化鎂分解率在98.5%以上，收率85%以上；鐵分解率86%，收率75%；鎳分解率90%，收率76%；鈷分解率95.3%，收率92%；工藝過程所獲得的酸解殘渣含二氧化硅97.3%-99.2%；酸解殘渣堿分解率98%；白炭黑制備過程二氧化硅回收率90%。產品質量達到預期標準。同時，還配套開發(fā)出了工藝廢水綜合利用技術，實現了工藝廢水的零排放。
3、產業(yè)化現狀：
對蛇紋石資源的初級利用，如用于制造化肥、濾料、耐火材料、用作煉鋼溶劑等在我國早已進入工業(yè)化。但由于產品附加值較低，生產企業(yè)效益不佳。近年來，有關院校、科研院所、相關企業(yè)對蛇紋石新的綜合利用途徑和工藝進行了廣泛研究，取得了一些進展。發(fā)表了不少文章，產生了不少專利。但由于大部分研究活動和研究成果的理論色彩較濃，與工業(yè)實踐有較大的距離，因此均未實現產業(yè)化。也就是說，我國目前對蛇紋石資源綜合利用新工藝的研究多處于理論和教學層面。這是我國蛇紋石資源綜合利用的局限性。近幾年來，一些單位雖然也進行了蛇紋石綜合利用技術產業(yè)化的嘗試，但卻遇到了種種技術性障礙。工業(yè)實踐結果與實驗室研究結果有較大出入，產業(yè)化進程并不順利。
2007年，山西某公司建設了一套以蛇紋石生產高純氧化鎂生產裝置，生產規(guī)模按氧化鎂計為150t/年；2008年，四川會理建設了一套從富鎳蛇紋石礦中提取鎳精礦生產裝置；同年，甘肅阿克塞縣建設了一套以石棉尾礦制備超細高純Mg（OH）2和超細高純高比表面積SiO2裝置；2011年，云南昆明開工建設一條以蛇紋石制備氣相法白炭黑、碳酸鎂、硫酸鎳和鐵、鉻精礦的中試裝置；2012年，內蒙古某公司在突泉縣開工建設一套年處理能力為2萬噸原礦的蛇紋石綜合利用裝置，該項目的產品方向為超細氫氧化鎂、氧化鎂、多孔二氧化硅、鎳鐵混合物和元明粉。上述工業(yè)化嘗試由于多方面的原因至今未見后續(xù)報道。
2011年，南陽東方應用化工研究所在桐柏投資建設了蛇紋石綜合利用中試和工業(yè)化生產裝置。2012年以來，先后與張掖、四川涼山、廣東中山等地相關企業(yè)分別進行了蛇紋石綜合利用技術的中試研究和工業(yè)化生產試驗，獲得全面成功，甴此確認了所開發(fā)工藝的成熟性、實用性和可靠性。2012年4月2日，我國第一套年處理能力為6萬噸的蛇紋石綜合利用工業(yè)化裝置在甘肅省肅南縣皂礬溝工業(yè)園奠基開工。根據規(guī)劃，該項目將于2014年8月建成投產。至此，邁出了我國以濕法冶金工藝對蛇紋石進行綜合利用產業(yè)化的第一步。
綜上所述，我國擁有豐富的蛇紋石資源。長期以來一直被用于制造肥料、助濾劑、耐火材料等。以濕法冶金工藝綜合利用其中的有價資源制備附加值較高的鎂、硅、鐵、鎳、鈷化合物，由于受技術實用性較低及產業(yè)化實踐經驗不足等因素的影響，產業(yè)化過程遇到了種種挫折。應用研究滯后，產業(yè)化經驗匱泛是制約我國蛇紋石資源綜合利用產業(yè)化的關鍵因素。也是投資蛇紋石綜合利用項目的風險所在。
4、結語：
近年來，我國有關蛇紋石綜合利用的研究取得了一系列進展，但產業(yè)化進程卻不盡人意。究其原因，一是一些研究活動理論色彩過于濃厚，實際應用價值不高，由此造成了產業(yè)化過程的風險；二是大部分研究活動沒有從根本上解決好鎂、鐵、鎳、鈷元素的有效分離問題，尤其是氧化水解法提鐵工藝，其在蛇紋石綜合利用過程中的應用有著明顯的局限性。不僅會造成提鐵過程鎳、鎂元素的大量流失，而且會使含鐵沉淀物含有較多的雜質，無法應用于鐵化合物的制備。這種現象在一些工業(yè)化嘗試過程表現非常突出；三是一些研究活動所提出的產品方向及所制得產品的質量無法為生產企業(yè)帶來經濟效益。如以蛇紋石制備多孔二氧化硅吸附劑，以蛇紋石制備沉淀白炭黑，以氧化水解法沉鐵并以此制備氧化鐵紅，以蛇紋石制備鎳、鐵混合物等。這些產品由于受工藝成熟性和市場需求的影響，要么產品質量難以達標而無人問津，要么產品附加值較低而效益有限。
針對上述情況，提出如下建議：
(1) 研究部門及科研人員在搞好基礎理論研究的同時，應高度關注應用研究。以環(huán)保、有效、實用為宗旨，開發(fā)具有實用價值的蛇紋石綜合利用新技術。要重視中試研究，開展驗證性工業(yè)化試驗，以成熟、可靠的技術服務于我國蛇紋石綜合利用產業(yè)的發(fā)展。
(2) 研究工作要高度關注工藝思路的正確性，合理性和工藝過程的完整性，認真解決好蛇紋石中各種有價元素的綜合利用問題，尤其是對各種有價元素實行有效分離的關鍵性技術問題。
(3) 瞄準市場需求，開發(fā)生產符合市場需要的、合格的蛇紋石綜合利用產品。
【參考文獻】：
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[11] 苑占永等，用蛇紋石礦物真空碳熱還原制備金屬鎂及副產品的方法：中國.CN101560603A；
