蛇纹石矿是具有提高综合利用价值的一种非金属矿。目前, 蛇纹石主要用作磷肥生产中的配料, 矿山将蛇纹石卖给磷肥厂, 因价格所限和直接销售原材料, 使矿山的收益不大。我省拥有丰富的蛇纹石资源, 弋阳蛇纹石矿为国内最大的蛇纹石矿, 研究蛇纹石矿的的综合利用, 对发展我省的非金属矿产加工业, 对提高矿山经济效益和充分利用矿产资源都是很有意义的。

1 蛇纹石的矿石性质

纯净蛇纹石矿物的分子组成为Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈^[1], 其中MgO占43%, SiO₂占44.1%, H₂O占12.9%。

自然界中的蛇纹矿常含有Fe、Mn、Ni、F、Cu、Cr等元素, 这些元素除F取代OH外, 其他元素主要以类质同象混入。

蛇纹石矿物属单斜晶系, 晶格为层状构造, 层内为离子键, 层间为分子键, 产出形式常为隐晶质致密块状集合体, 具有蛇皮状的黑绿、灰绿、黄绿色斑纹。

按蛇纹石结晶和形态特点, 可分为三种:晶质片状者称为叶蛇纹石; 纤维状者称蛇纹石石棉; 富含水的胶凝状或颗粒极微小者称胶蛇纹石。

叶蛇纹石由于类质同象混入的杂质不同又分为铁叶蛇纹石, 锰叶蛇纹石, 镍叶蛇纹石, 铝叶蛇纹石, 氟叶蛇纹石等五种。

蛇纹石石棉(又称纤蛇纹石)因类质同象元素的不同又可分为铁纤蛇纹石, 锰纤蛇纹石, 镍纤蛇纹石、铝纤蛇纤石, 铬纤蛇纹石和氟纤蛇纹石等六种。

胶蛇纹石也称鳞石, 常含有Fe²⁺、Al³⁺等杂质, 含铁高时称为铁胶蛇纹石。

蛇纹石的主要成分为MgO和SiO₂, 夹杂的成分有CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、N_iO等, 不同产地的蛇纹石矿其各种矿物成分的含量和物理性质都不相同。表 1列出部分蛇纹石矿的矿物组成情况。

一般蛇纹石矿中可回收利用的金属有镁和镍等, 而作非金属原料时, 只需稍加处理, 就可用于磷肥生产中的配料、油毡的填料、耐火材料、陶瓷、金属冶炼中的熔剂等。

2 蛇纹石的综合利用 2.1 耐火材料

耐火材料是指耐火度不低于1580℃的材料。按组成元素的不同, 耐火材料可分成:粘土砖、铝质耐火材料、镁质耐火材料、半硅质、碳质和轻质耐火材料, 以及纯氧化物特殊耐火材料等。蛇纹石可用于制作镁质耐火材料。镁质耐火材料的主要成分为MgO占80%左右, 主要杂质为SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃等, 其中原料要求含铁低于1%。

蛇纹石的组成成分对制成的耐火材料的性能有显著影响, 见表 2^[2]。一般MgO与SiO₂之比值越大含Fe₂O₃越低, 则耐火度越高, 其颜色也越深。

生产工艺流程见图 1, 蛇纹石含Fe₂O₃都大于1%, 因此需先用磁选除去铁矿物。

耐火材料的用途很广, 其中冶金工业的用量占耐火材料总产量的60%~70%。随着科学技术的发展, 许多尖端技术如原子能、火箭等都需要具有特殊性能的耐火材料。

唐山钢铁厂、重庆钢铁厂等以蛇纹石为原料分别试制成了焦炉砖、镁橄榄石砖等。

我省冶金工业发展很快, 与之相比, 耐火材料的生产则太落后，据报导我省耐火材料自给率只有19%, 其余均靠外省购进。如镁质耐火材料我省每年需3.5万吨, 省内的生产则是空白, 全部靠外省购进。因此, 发展我省的耐火材料工业, 对促进我省冶金工业的进一变发展具有重要意义。

2.2 蛇纹石陶瓷

陶瓷是天然或人工合成的粉状化合物, 经成型和高温烧结而成, 直接利用天然矿物原料制成的陶瓷称为普通陶瓷, 这类陶瓷具有原料来源广, 成本低、用量大等特点; 采用高纯度的合成原料制成的陶瓷称为新型陶瓷。

蛇纹石可用作普通陶瓷中的日用陶瓷和化工陶瓷的原料。这类瓷属于镁质瓷的一种, 具有透明度高, 釉面光润柔和、呈兰绿色调, 白度达80%以上。

蛇纹石瓷的生产过程有三个主要阶段:坯料制备、成型和烧结。制备阶段包括锻烧、粉碎、精选、配料、粉料、浆料等; 成型阶段包括干压、注浆、挤制、热压等; 烧结阶段包括初步干燥、涂釉、烧结等工序。

因蛇纹石矿中夹存有白云岩和石棉, 对原料粉碎和成型不利, 故须经1400℃锻烧, 使石棉和白云岩分解成MgO和CaO。蛇纹石本身失水成为镁橄榄石和斜顽火辉石。煅烧后的蛇纹石还含有金属矿物等杂质, 所以需精选除杂。

配方^[3]  蛇纹石中MgO较高, 可加入适当粘土, 改善泥料的透气性。下面介绍两种配方:

a.蛇纹石58%, 大同土7%, 苏卅土3 %, 膨润土2%, 石英20%, 木节3%;长石7%。

b.蛇纹石59%, 长石7%, 木节6%, 石英18%, 大同土10%。

细磨  装磨配比为料:球:水为1:2:0.45。细度达-250目,

成型  水玻璃0.2%和Na₂CO₃0.35%配合使用添加于矿浆中, 可改善泥浆流动性。若塑性成型, 石膏模型须先用水润湿, 若泥浆成型、泥料水分应为31%~34%, 机轮旋坯泥料水分为22%~24%。

涂釉  精坯经750℃煮烧后旋釉。

蛇纹石瓷经测试白度为87.5%, 热稳定性符合部颁标准, 吸水率为0.07%, 用蛇纹石试制的咖啡具和美术瓷外观新颖具有象牙色调, 透明度较高, 釉面光滑柔和, 具有很好的市场前景。

我省景德镇是闻名的瓷都, 具有烧制陶瓷的悠久历史。如何利用好传统技术, 寻找出新的资源, 开发出新的产品, 则是面临的问题。据悉山东、河北等利用蛇纹石已研制出颇具特色的陶瓷新产品。我省拥有蛇纹石资源, 结合传统的陶瓷生产技术、发展蛇纹石瓷是具有广阔前景的。

2.3 油毡填料

在油毡的生产过程中, 要求油毡在成卷时不发生粘结, 以便于运输, 储存和展开。使用蛇纹石作填料, 经粉浆涂布工艺即可达到这一目的。

粉浆涂布是利用油毡在生产过程中浸、涂材料的热量差, 按照热交换原理, 将粉浆内的水分蒸发为气体逸出, 使油毡成卷时达到干燥, 最终在油毡两面形成一层薄而均匀的隔离膜。

粉浆配制是以蛇纹石粉为基料, CMC为粘结剂, 水作分散介质。以表 3比例配好。

油毡生产工艺流程见图 2。

涂布工艺的技术条件:要求保持粉浆面和温度稳定, 粉浆溶液均匀。最佳温度为进槽时毡面温度140~150℃, 粉浆温度大于90℃, 出槽时毡面温度大于100℃。

成品油毡的质量要求达到:卷紧、牢固结实, 两端平齐:骨架材料浸透、无浅色夹层和斑点; 涂盖材料均匀、密致; 无空洞、裂纹、折皱等缺陷; 每卷的接口不多于一处; 并易于展开, 不发生粘结和开裂。

油毡是一种良好的防水材料, 广泛用于屋顶、地下室、隧道及其他工程的防潮隔绝层。

2.4 提取氧化镁和硅胶

以蛇纹石为原料提取氧化镁工艺可分为两大步骤:活化锻烧和酸浸。

活化锻烧^[4]  蛇纹石在弱酸中不溶解, 为使其溶解, 需采取羟基化反应锻烧活化。氧化镁的活化情况取决于锻烧温度、时间、原料粒度和气压等因素的控制。

据研究, 最佳锻烧温度在500~700℃, 见图 3。在较低温度下, 可溶MgO随时间增长而增加，而在较高温度下, 可溶MgO反而随时间增长而下降, 见图 4。这是因为高温下形成镁橄榄石使MgO的可溶性下降。

酸浸  经锻烧后的蛇纹石可用H₂SO₄、HCl、HNO₃、NH₄Cl等作浸出剂, 选择性浸出Mg²⁺。

溶液中Mg²⁺用石灰沉淀, 沉淀后的Mg(OH)₂经灼烧即成MgO产品。

用HCl作浸出剂时的工艺流程见图 5。浸出时的化学反应为:

Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈+12HCl=6MgCl₂+4H₄SiO₄+2H₂O

MgCl₂+CaO+H₂O=Mg(OH)₂↓+CaCl₂

Mg(OH)₂480~650℃MgO↓+H₂0

浸出液中含有Ni、Co等稀有金属时, 可用脂肪族羟酸(10%)和煤油的混合物进行萃取。

在这一工艺流程中, 可同时获得副产品硅胶。

目前, 全世界MgO的年产量约730万t, 其中85%~90%用于耐火材料工业的死烧MgO。美国1987年产死烧MgO29.5万t, 苛性锻烧MgO10.3万t, 进口死烧MgO20.4万t, 进口苛性锻烧MgO7万t。我国MgO也还存在一定的市场, 售价一级品6000元左右, 二级品4000元左右。

氧化镁广泛用于橡胶工业、医药、化工、冶金和绝缘、防火等部门。

2.5 提取硫酸镍

蛇纹岩地表含Ni 0.2%~0.3%, 钻孔含Ni 0.15%~0.2%。一般滑石蛇纹岩含镍最高, 透闪蛇纹岩则较低, 在蛇纹岩中90%以上的Ni以硅酸镍存在。

从蛇纹石中可用化学选矿直接提取金属镍，由于在蛇纹石中含Ni量太低, 致使提取工艺流程复杂、生产成本太高。难于在生产中推广应用。因此, 蛇纹石中的Ni多经进一步富集后再进行提取。

蛇纹石作配料在生产钙镁磷肥时, 得一副产品(镍磷铁)含Ni达45%~55%(见表 4)。从这一副产品中采用化学选矿法可获得金属镍或硫酸镍, 同时可回收Co。其工艺为^[5]:

电溶造液, 阳极中Ni、Co、Fe、Zn、Cu等被溶解进入溶液, 其中Cu将在阴极析出, 贵金属则将进入阳极泥, 溶液中的磷将部分以磷酸盐析出。

除铁磷  加入次氯酸钠, 铁呈黄钠铁矾和氢氧化铁及磷酸高铁沉淀析出。

除铜锌  用H₂S在pH2.5时生成铜锌硫化物除去。

提钴  钴是本工艺的一个重要副产品。对提高经济效益很有意义。向溶液中加入次氯酸钠, 条件控制为温度35~45℃, pH2.5。净化后溶液含Co低于0.005g/l。

生成硫酸镍  溶液加入液碱生成氢氧化镍, 水洗后, 用硫酸溶解, 调pH为4.5。过滤。滤液经浓缩, 冷却、结晶, 甩干即获得硫酸镍, 该产品可达YB750-70标准的一级品。

2.6 蛇纹石矿的其他综合利用 2.6.1 制作Ca-Mg-P肥和矿物肥料

蛇纹石和磷矿粉(各占35%~40%和60%~65%)及焦炭以适当配比后, 在1200~1400℃下熔融, 然后将融体骤冷获玻璃状Ca-Mg-P肥, 其有效磷约为14%~22%, 适于酸性土壤使用。

粉状蛇纹石还可直接用作矿物肥料, 据研究对作物施加后, 可提高农作物质量, 增加叶绿素含量和土壤固氮能力。

2.6.2 作冶炼溶剂

在炼铁时将蛇纹石与待烧结矿配加后, 可改善烧结矿的结构特征和机械强度。

2.6.3 作人造大理石

用水泥将蛇纹石先凝固成薄板状, 经抛光后即成人造大理石。该大理石具有色泽艳丽, 质地致密坚硬, 湿润光洁, 可塑好等特点, 可用于建筑和工艺美术。

2.6.4 作水泥原料

蛇纹石中含的许多矿物成分都与水泥原料要求的相近。因此，只需稍加配比, 蛇纹石即可用生产硅酸盐水泥。

2.6.5 经济评价

蛇纹石作生产Ca-Mg-P肥的配料时, 一般矿山生产成本为10~11元/t, 而销售价为11~12元/t。效益很差。

蛇纹石用于人造大理石, 耐火材料、陶瓷生产、油毡填料等方面时首先都要将其磨成粉, 成本约为40元/t, 而其销售价约为300元/t。仅此一项经济效益就相当可观。

用作提取MgO原料时据可行性研究结果, 建设一年产100t一级品MgO的加工厂, 基建期按一年计, 在正式投产后, 一年即可新增产值30万元，可获纯利润20万元，投资还本期为一年, 以后利润逐年上升。经济效益十分显著。

从镍磷铁中提取硫酸镍的经济价值与从蛇纹石中提取MgO时的经济价值大致相同。

总之，蛇纹石除可用作钙镁磷肥生产中的配料外, 还用于制作陶瓷、耐火材料、油毡、人造大理石、水泥和提取氧化镁、硅胶及镍等。综合利用价值很高，尤其是我省, 拥有蛇纹石资源, 如何充分利用好蛇纹石资源, 搞好蛇纹石矿的深加工, 对促进我省冶金工业, 陶瓷工业, 水泥工业等的进一步发展具有重要意义。

参考文献略