秦雅靜，朱德山

【行業(yè)發(fā)展】

我國水鎂石礦資源利用現(xiàn)狀及展望

秦雅靜1，朱德山2

（1.湖南省地質(zhì)科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007；2.上海寶鋼資源有限公司，上海 200080）

我國擁有豐富的水鎂石礦產(chǎn)資源，其中遼寧地區(qū)儲量最多，達(dá)1 000多萬t。目前，我國開采出的水鎂石，原礦品位高，一部分原礦直接出口海外，一部分用來生產(chǎn)輕、重?zé)V等耐火材料和鎂化工產(chǎn)品。由于礦山企業(yè)采富棄貧，較低品位水鎂石基本都被堆存廢棄，浪費(fèi)了大量水鎂石資源。如何充分利用這些低品位水鎂石資源，積極開展水鎂石綜合利用與深加工，具有重要的現(xiàn)實意義。

水鎂石；浮選；脫硅；開發(fā)利用

1 概述

隨著社會的發(fā)展及工業(yè)的進(jìn)步，人類對礦物資源的利用日漸廣泛，一些以前不被廣泛應(yīng)用的非金屬礦物也得到了更多的關(guān)注和研究，水鎂石即是其中之一[1]。水鎂石作為一種礦物早在1919年就被礦物學(xué)家所認(rèn)識，隨后對它的成分、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)等各方面做了許多研究。在前蘇聯(lián)遠(yuǎn)東地質(zhì)局發(fā)現(xiàn)了純水鎂石巖以后，水鎂石才真正作為一種工業(yè)礦物加以開發(fā)和利用[2]。

水鎂石又稱氫氧鎂石，是自然界中含鎂較高的礦物之一。它是一種層狀氫氧化物，化學(xué)組成簡單，理論組成(%)：MgO 69.12，H2O 30.88。常有Fe、Mn、Zn、Ni等雜質(zhì)以類質(zhì)同像存在。其中MnO可達(dá)18%，F(xiàn)eO可達(dá)10%，ZnO可達(dá)4%；可形成鐵水鎂石(FeO≥10%)、錳水鎂石(MnO≥18%)、鋅水鎂石(ZnO≥4%)、錳鋅水鎂石(MnO 18.11%，ZnO 3.67%)、鎳水鎂石(NiO≥4%)等變種。

純凈的水鎂石呈白色，自然白度較高，可達(dá)90%以上。水鎂石含有結(jié)構(gòu)水，在340℃開始逐漸吸熱分解得到氧化鎂和水，這一獨(dú)特的性質(zhì)也是它作為阻燃劑和鎂質(zhì)高溫耐火材料的主要原因。

水鎂石作為提取鎂的重要原料之一，是一種珍貴的高鎂非金屬礦。水鎂石礦物獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與組成決定了它的性能和使用功能。近年來，水鎂石的工業(yè)價值越來越受到重視，國內(nèi)、外對其礦床、礦物學(xué)已有較全面的研究，開發(fā)利用也更為深入。

2 水鎂石資源現(xiàn)狀

2.1 世界水鎂石資源

水鎂石為稀有的非金屬礦物。前蘇聯(lián)早在20世紀(jì)60年代就對水鎂石進(jìn)行了開發(fā)利用，繼而美國、加拿大和朝鮮等也對發(fā)現(xiàn)的部分礦床進(jìn)行了開采。開發(fā)規(guī)模較大的是俄羅斯境內(nèi)小興安嶺南部的庫利都爾水鎂石礦床，但其發(fā)展速度仍很緩慢。美國也有多處水鎂石資源產(chǎn)地。

水鎂石礦床在世界范圍內(nèi)分布不廣，而且礦床規(guī)模一般較小，主要集中在俄羅斯、美國、加拿大、朝鮮、挪威等。國內(nèi)外主要的水鎂石礦床情況見表1[3]。

2.2 我國水鎂石資源

近年來我國相繼在陜西寧強(qiáng)、青海祁連山、四川石棉、吉林集安、河南西峽、遼寧鳳城、寬甸等地發(fā)現(xiàn)并開發(fā)水鎂石礦產(chǎn)。

目前為止，我國已探明的水鎂石資源總儲量已超過2 500萬t，屬中等儲量規(guī)模，其礦床分布及品位見表2。

從目前已知的數(shù)據(jù)看，遼寧鳳城雞冠山鎮(zhèn)、太陽溝、劉家河鎮(zhèn)和徐家臺等地區(qū)擁有我國最豐富的水鎂石資源，儲量為1 000萬t；陜西寧強(qiáng)地區(qū)已探明水鎂石儲量為780萬t；吉林集安已探明水鎂石儲量為200萬t。

從水鎂石的礦石質(zhì)量、規(guī)模和開采條件看，我國以遼寧省的水鎂石資源最好，寬甸的水鎂石礦接近水鎂石的理論質(zhì)量(%)：MgO 66.44、H2O 29.00、SiO20.80、Al2O30.21、Fe2O30.73。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，合理開發(fā)利用遼寧地區(qū)現(xiàn)有水鎂石資源顯得十分重要[4]。

2.3 水鎂石資源特點(diǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量要求

水鎂石礦產(chǎn)資源主要特性如下：①水鎂石有用組分含量高，有害雜質(zhì)含量較低；②水鎂石中SiO2、Al2O3、Na、K含量很少，水的含量很高，在加工時不會產(chǎn)生毒性；③水鎂石中不含堿性元素、氯及利用海水與蒸發(fā)原料會遇到困難的硫酸鹽；④水鎂石離解溫度較之菱鎂礦低，在焙燒時其消耗能量少；⑤從水鎂石中獲取的氧化鎂有較大的化學(xué)活動性；⑥水鎂石巖與單礦物性質(zhì)相近，其成分穩(wěn)定。

水鎂石是一種很重要的非金屬礦物原料，有很大的經(jīng)濟(jì)價值、其用途很廣。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)λV石精礦質(zhì)量要求也不同(見表3)[5]。

表3 不同品級精礦礦物成分及用途

3 水鎂石的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

水鎂石礦廣泛應(yīng)用于防火涂層、造紙工業(yè)、制取氧化鎂、制取氯化鎂、環(huán)保等領(lǐng)域。

(1) 防火涂料。

水鎂石含水量特別高，約31%。水鎂石的差熱分析顯示，其熱分解脫水溫度介于420～520℃之間，該溫度與一般物品的燃燒溫度接近，因此可用作防火涂料和阻燃劑。日本已有學(xué)者研制出一種涂料，它是由水硬水泥、稍加處理的水鎂石和一些其他物質(zhì)以適當(dāng)?shù)谋壤旌隙傻?。這種涂料有容重輕、裝飾性好、耐風(fēng)化能力強(qiáng)、防火性能好、著火后不剝落等特點(diǎn)。可用于船舶、高級住宅等的表面涂層。

據(jù)報道，目前世界阻燃劑消耗量接近百萬噸，其中無機(jī)物占大約一半，因此氫氧化鎂有很大的發(fā)展空間，美國氫氧化鎂阻燃劑的年增長率為15%，氫氧化鎂一直保持較高的需求[6]。

(2) 造紙工業(yè)。

水鎂石具有白度高、剝片性好、粘著力強(qiáng)、基本不吸水等特點(diǎn)，前蘇聯(lián)把它與方解石一起用作造紙?zhí)盍?，使造紙由酸法改為堿法，并減少漿水的污染。在造紙工業(yè)上，水鎂石在生產(chǎn)鎂基亞硫酸鹽紙漿過程中代替石灰，能夠吸收使廢漿水可循環(huán)利用，大大降低了廢漿水對環(huán)境的污染。由于水鎂石在空氣中不吸水，還可用作防潮包裝紙的填料[7]。

(3) 制備氧化鎂。

在水鎂石中，氧化鎂含量高，可以直接煅燒水鎂石來制得氧化鎂，且工藝簡單，成本較低，便于控制。利用水鎂石可制得耐火級氧化鎂，水鎂石作為一種耐火材料在國外已經(jīng)有很大的發(fā)展。國外用水鎂石和白云石在高溫下煅燒成鎂和鈣的氧化物，然后磨細(xì)，再與有機(jī)粘合劑混合，壓制成模，二次煅燒后制得耐火磚產(chǎn)品，利用水鎂石還可制得高品位的鎂砂。水鎂石作為一種耐火材料在國外已有很大發(fā)展，日本每年大約需要進(jìn)口4～5萬t水鎂石以滿足工業(yè)發(fā)展的需求。

國內(nèi)學(xué)者對比了用水鎂石、菱鎂礦、蛇紋石煉鎂的優(yōu)缺點(diǎn)，探討了用皮江法和半連續(xù)硅熱法的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)，并指出，用水鎂石煉鎂具有降低成本、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。另據(jù)消息，有人用遼東水鎂石試制煉樣，并已做出產(chǎn)品[8]。

(4) 制備氯化鎂。

無水氯化鎂是電解制取金屬鎂的主要原料，我國目前制備氯化鎂主要以菱鎂礦顆粒加碳氯化的方法，同時為了補(bǔ)充損失的氯氣，配合以光鹵石脫水的方法來制備。我國有較為豐富的水鎂石資源，可以利用水鎂石具有含鎂量高、分解吸熱少、尾氣易于處理等優(yōu)點(diǎn)制備。

用水鎂石制備氯化鎂時，在受熱分解時不易碎裂，強(qiáng)度較好，氯化反應(yīng)快，具有比菱鎂礦明顯的優(yōu)勢，是制備氯化鎂的理想原料[9]。

(5) 在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用。

由于水鎂石的成分特點(diǎn)，可以用作酸性廢水中和處理劑。它不僅在許多方面比傳統(tǒng)的堿類物質(zhì)(如氫氧化鈣、氫氧化鈉等)有工藝上的優(yōu)越性，而且在生成物處理和排放方面可以大大降低成本。近年來，水鎂石在處理酸雨污染的土壤、調(diào)節(jié)土壤的pH值及中和酸性廢水方面有較大的需求。水鎂石還可以作為煙氣脫硫劑。水鎂石添加在鍋爐燃料中，可以減少高汞和高硫燃料對鍋爐的危害，降低二氧化硫和其他有害氣體的排放。將水鎂石深加工成為一種非沉降性和非凝聚性的活性氫氧化鎂，可有效地在煙氣脫硫領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[10]。

(6) 其他領(lǐng)域應(yīng)用。

水鎂石除以上的用途外，經(jīng)電熔煉可制取極致密的具有高熱導(dǎo)性和電絕緣性的方鎂石集合體，其使用期要比熔煉菱鎂礦長2～3倍；若把水鎂石和白云石煅燒，其產(chǎn)物用在鋼鐵制造工業(yè)上，可除P、S等雜質(zhì)和處理爐渣；水鎂石和碳酸鈣混合在800～1 150℃煅燒的產(chǎn)物，可用在制糖工業(yè)上處理甜菜糖汁，作為脫色劑[11]。

4 水鎂石選礦工藝及進(jìn)展

對于低品位水鎂石礦石，通過選礦富集是必要的。蛇紋石是碳酸鹽型水鎂石礦石中的主要伴生脈石礦物，其所含SiO2在水鎂石應(yīng)用工藝中是有害組分。因此對于水鎂石和蛇紋石的分離研究，是十分必要的[12]。

擁有最多水鎂石資源的前蘇聯(lián)，曾進(jìn)行過重液法和浮選法處理水鎂石的研究。在我國水鎂石的選礦正處于起步階段，無太多經(jīng)驗可以借鑒。

李典[13]對于集安縣水鎂石和蛇紋石綜合利用進(jìn)行了研究。該礦石為水鎂石蛇紋巖，均為含鎂礦物，都含氫氧根，若使二者有效分離是相當(dāng)困難的。由兩種礦物的化學(xué)成分看出，水鎂石屬氧化礦，而蛇紋石則屬硅酸鹽礦物，所以對該類型礦石宜采用浮選法使二者分離。李典對此類型礦石進(jìn)行了水鎂石和蛇紋石的綜合回收研究，根據(jù)礦石物質(zhì)組成的研究，并經(jīng)大量探索性試驗，最終確定用磁選法除去含鐵礦物后再用浮選法分離水鎂石和蛇紋石的磁—浮聯(lián)合分選流程。

對于高效捕收藥劑的開發(fā)，國家建材局地質(zhì)研究所丁浩等[14]做了試驗研究。在捕收劑FL作用下，水鎂石呈現(xiàn)出良好的、明顯高于蛇紋石的可浮性，以FL作捕收劑、六偏磷酸鈉作調(diào)整劑，可以擴(kuò)大水鎂石與蛇紋石的可浮性差別。以該藥劑制度浮選實際礦石，可獲明顯分離效果。進(jìn)一步確定合理的藥劑條件與流程結(jié)構(gòu)，可望使選別指標(biāo)更佳。

5 結(jié)語

水鎂石是一種珍貴的高鎂非金屬礦，科學(xué)合理地利用該資源具有重要意義。目前我國對于水鎂石尤其是高硅水鎂石提純技術(shù)研究處于起步、探索階段。從礦物試驗、實驗室礦石試驗到工業(yè)生產(chǎn)與開發(fā)利用，其間還要經(jīng)歷一個探索過程，還要做許多工作[15]。

[1]閻應(yīng)科.水鎂石礦產(chǎn)開發(fā)及綜合利用探討[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，1993(3)：34-36.

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[11]全躍.鎂質(zhì)材料生產(chǎn)與應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.[12]符劍剛，王暉，陳立，等.從蛇紋石礦中浸出Ni，Mg的試驗研究[J].濕法冶金，2008(6)：92-95.

[13]李典.吉林省集安縣水鎂石蛇紋石綜合利用研究[J].建材地質(zhì)，1987(2)：28-30.

[14]丁浩.以FL作捕收劑浮選分離水鎂石和蛇紋石的研究[J].礦產(chǎn)綜合利用，1993(2)：5-8.

[15]陶維屏，蘇德辰.中國非金屬礦產(chǎn)資源及其利用與開發(fā)[M].北京：地震出版社，2002.

Mineral Processing Status and Prospect of China's Brucite

QIN Ya-jing1, ZHU De-shan2
(1. Hunan Research Academy of Geological Sciences, Changsha 410007, China; 2. Shanghai Baosteel Resources, Shanghai 200080, China)

There are abundant brucite resources in China, especially in Liaoning province with reserves of 10 million tons. At present, mining brucite ore with high grade in China, is exported partly and the rest is used to produce magnesia refractory materials and magnesium chemical products. Because mining enterprises adopt high grade ore and abandon others with low grade, most of low grade brucite ore has been discarded, resulting in a great loss of brucite resources. Therefore, continue to fully utilize these low grade brucite ore and to actively develop the deep processing and complex utilization of brucite ore has profound realistic significance.

brucite; flotation; desilication; utilization

P578.495；TD985

A

1007-9386(2014)06-0001-03

2014-08-22