水鎂石、水菱鎂石和斜方云石資源、加工與應(yīng)用

郭如新

（天津堿廠，天津 300450）

水鎂石、水菱鎂石和斜方云石資源、加工與應(yīng)用

郭如新

（天津堿廠，天津 300450）

對(duì)水鎂石、水菱鎂石和斜方云石資源及其加工和應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)述。包括上述資源的發(fā)展歷史、化學(xué)組成和物性參數(shù)、資源儲(chǔ)量和礦石品位、生產(chǎn)加工以及在不同領(lǐng)域（如鎂質(zhì)阻燃劑、中和劑、重金屬離子脫除劑、鎂肥、飼料添加劑等）的應(yīng)用，并對(duì)它們的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

水鎂石；水菱鎂石；斜方云石；鎂質(zhì)阻燃劑

在富鎂非金屬礦中有3種稀有罕見的資源，即水鎂石、水菱鎂石和斜方云石。這3種礦物僅分布于少數(shù)幾個(gè)國(guó)家，儲(chǔ)量也屬于中等規(guī)模。由于這類礦物質(zhì)地純凈、色澤潔白、開采簡(jiǎn)易、加工便捷，同時(shí)又有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，因此近年來對(duì)此類礦物的開發(fā)應(yīng)用引起了廣泛的關(guān)注。

1 發(fā)展歷史

1.1 水鎂石

水鎂石為美國(guó)礦物學(xué)家 Archibald Bruce于1814年在美國(guó)新墨西哥州的 Hoboken發(fā)現(xiàn)，G.J. Haüy稱之為 “水合鎂氧”（magnesia hydrate），Von Leuhard則稱之為“水合石棉”（talc-hydrate）。到1924年才由法國(guó)礦物學(xué)家F.S.Beudent定名為水鎂石。

1.2 水菱鎂石

水菱鎂石于1915年在加拿大British Columbia Atlin首次發(fā)現(xiàn)，C.J.Young稱其為 “snow-white”或“white-flower”。之后，C.W.Wach-toneister等做了組成分析，確認(rèn)其由MgO、CO2和H2O組成，其比例為 4∶3∶4或 3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O，并稱之為“magnesia alba”，以之與Patterson法合成堿式碳酸鎂相區(qū)別。

20世紀(jì)70年代以來，在土耳其Antalya的Burdur和希臘北部的Kozani均發(fā)現(xiàn)了大型水菱鎂石礦床，后者與斜方云石共生。水菱鎂石的研究開發(fā)和工業(yè)應(yīng)用也是從這時(shí)開始的。

1.3 斜方云石

斜方云石為美國(guó)礦物學(xué)家 Walter Froederik Hunt在美國(guó)的 Currant Creek發(fā)現(xiàn)，1953年 G.T. Faust詳細(xì)報(bào)道了這一礦物。隨著土爾其、希臘兩國(guó)在各自國(guó)家分別發(fā)現(xiàn)水菱鎂石－斜方云石共生礦，經(jīng)過研發(fā)并作為商品推廣之后才逐漸為人們所認(rèn)知。

2 化學(xué)組成與物性參數(shù)

表1為水鎂石、水菱鎂石和斜方云石的化學(xué)組成和有關(guān)物性參數(shù)。

表1 水鎂石、水菱鎂石和斜方云石的化學(xué)組成和物性參數(shù)

3 資源概況與礦石品位

3.1 資源概況

3.1.1 水鎂石

據(jù)I.Wilson［1］估計(jì)，2007年全球已探明的水鎂石礦床資源總量為5.29×107t，中國(guó)為2.6×107t，俄羅斯為1.24×107t，美國(guó)為1.1×107t，加拿大有多處水鎂石資源產(chǎn)地，儲(chǔ)量不明。

在I.Wilson的資料中，中國(guó)吉林吉安（2×106t）、陜西寧強(qiáng)（7×106t）和河南西峽等處的資源情況未包括在內(nèi)。

3.1.2 水菱鎂石

水菱鎂石是中國(guó)西藏鹽湖資源中儲(chǔ)量最多的4種礦物之一，僅班戈湖的儲(chǔ)量就在1.0×108t以上。在西藏鹽湖蒸發(fā)巖中所含有的27種礦物中，水菱鎂石和硼鎂石的儲(chǔ)量最高。此外，在青海察爾汗、一里坪、大浪灘、大柴旦以及札布耶等鹽湖中均蘊(yùn)藏著豐富的水菱鎂石資源［2-3］。

加拿大水菱鎂石資源主要分布于BC省Atlin、Cariboo、Meadow和Lilloct等鹽湖中。加拿大能源、礦產(chǎn)和石油資源部于1987年提交的一份調(diào)查報(bào)告中，對(duì)BC省菱鎂礦、水鎂石和水菱鎂石等3種鎂質(zhì)礦物資源分布情況做了詳細(xì)論述［4］。

此外，在西班牙的Santandar、美國(guó)的Carlsbad、英國(guó)Pennine也發(fā)現(xiàn)了水菱鎂石礦物。

3.1.3 斜方云石

關(guān)于斜方云石資源中國(guó)未見報(bào)導(dǎo)，國(guó)外情況不清。

3.2 礦石品位

表2為國(guó)內(nèi)外水鎂石、水菱鎂石和斜方云石礦石品位情況。

表2 水鎂石、水菱鎂石、斜方云石礦石品位%

表3 中國(guó)水鎂石產(chǎn)品生產(chǎn)加工企業(yè)和產(chǎn)品品種

4 生產(chǎn)加工

4.1 水鎂石

根據(jù)文獻(xiàn)［1］所示，中國(guó)從事水鎂石生產(chǎn)加工的企業(yè)共有16家，主要集中在遼寧鳳城地區(qū)，該地區(qū)水鎂石礦為晶型結(jié)構(gòu)。纖維狀水鎂石則產(chǎn)于陜西、河南、河北等省，中國(guó)水鎂石生產(chǎn)加工企業(yè)和產(chǎn)品品種見表3。2007年中國(guó)水鎂石生產(chǎn)能力為8.62×105t，為世界總生產(chǎn)能力1.127×106t的76.5%。

國(guó)外有多個(gè)國(guó)家利用產(chǎn)自中國(guó)的水鎂石生產(chǎn)氫氧化鎂阻燃劑，其中以瑞士 Inceomin公司最早（1993）。其他主要有意大利的Nuova Sima公司，美國(guó)的Minelco Specialities和Delam Ltd.公司，日本的Konoshima、Ajinomoto、Faimatec公司以及荷蘭的AnkerpoortNV公司。

4.2 水菱鎂石-斜方云石

用水菱鎂石-斜方云石的混合物生產(chǎn)鎂質(zhì)阻燃劑，具有環(huán)境友好、成本低廉、性價(jià)比高等特點(diǎn)。利用產(chǎn)于土耳其的水菱鎂石、水菱鎂石-斜方云石共生礦和產(chǎn)于希臘的水菱鎂石-斜方云石共生礦生產(chǎn)鎂質(zhì)阻燃劑的企業(yè)見表4。

4.3 阻燃劑級(jí)水菱鎂石-斜方組成（表 5）［5-6］

5 應(yīng)用領(lǐng)域

5.1 阻燃劑

就目前研發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀來看，用水鎂石、水菱鎂石-斜方云石生產(chǎn)鎂質(zhì)阻燃劑是其主要的應(yīng)用領(lǐng)域，兩者作為高聚物阻燃劑的應(yīng)用，在國(guó)外已分別有20 a和40 a的歷史，且均處于增長(zhǎng)和提升階段。具有環(huán)境友好、成本低廉、應(yīng)用市場(chǎng)穩(wěn)健、性價(jià)比高等特點(diǎn)，有著較為樂觀的發(fā)展前景［7－9］。

5.2 中和處理劑

利用水鎂石原礦及其煅燒產(chǎn)物作中和處理劑，是中、低品位水鎂石應(yīng)用最多的領(lǐng)域。由于氫氧化鎂或氧化鎂所具有的緩沖性能，可使作業(yè)過程中pH始終保持在9左右，即使過量，pH也不會(huì)超出這一范圍，且易于撐控?？蓮V泛用于不同行業(yè)對(duì)中、酸性廢水與廢液的處理。水鎂石料漿還可用于煙氣脫硫，脫硫率在90%以上，用經(jīng)過活化處理過的細(xì)粉狀物料調(diào)制成的料漿脫硫效果更好［10］。利用水鎂石作為弱堿性中和處理劑較傳統(tǒng)堿類物質(zhì)具有明顯的環(huán)境優(yōu)勢(shì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

5.3 重金屬離子吸附脫除劑

利用水鎂石良好的吸附性能，可從工業(yè)廢水、酸性廢液中脫除各種重金屬離子（如Cu2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+、Cr3+、Fe3+等）。一種稱為“Akvamag”（俄羅斯產(chǎn)水鎂石）的材料被廣泛用于中和由各種無機(jī)酸（H2SO4、HCl、HNO3和H3PO4）形成的酸度，同時(shí)脫除廢水、廢液中的重金屬離子，其吸附能力是沸石的8～10倍，吸附能力由大到小順序?yàn)?Cu、Zn、Cd、Co、Ni、Mn［11-12］。對(duì)脫除酸性液體中的Cu2+效果尤為顯著［13］。

5.4 鎂肥、飲料添加劑

氫氧化鎂在一些國(guó)家已被正式注冊(cè)為鎂肥。一種以水鎂石為基體的粒狀鎂肥組成如下：水鎂石［0.2～0.25mm，w（MgO）=57%～61%］85%；一水硫酸鎂［w（MgO）=22%～29%］8%；輕燒氧化鎂［w（MgO）＝60%～85%］7%。用水對(duì)上述粉料進(jìn)行混合干燥處理，制得成品。這種含枸溶性MgO為53%～62%，水溶性MgO為3%～5%的粒狀鎂肥具有一定的強(qiáng)度且緩效，可作為堿性含硫鎂肥使用，也可用于酸性土壤或被酸雨污染的土壤［14］。

水鎂石粉還可用作動(dòng)物飼料添加劑，以預(yù)防牛羊群體因缺鎂而引發(fā)牧草眩暈癥。美國(guó)ACM公司由水鎂石生產(chǎn)飼料添加劑已有近15 a的歷史。俄羅期RMCC公司亦有此種產(chǎn)品。

5.5 其他

近期開發(fā)的一項(xiàng)水鎂石的新用途是用來固定由化石燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的CO2，形成相當(dāng)穩(wěn)定的碳酸鹽，從而減少向大氣中排放量。美國(guó)Arizona大學(xué)（該州有豐富的水鎂石資源）H.A.Bearat對(duì)該研究做了詳細(xì)論述［15］，文獻(xiàn)［16-18］也對(duì)此進(jìn)行了研究。

水鎂石還可用來處理并消除核廢物堆存場(chǎng)地由錒系元素所造成的污染。其作用為：1）提高pH以阻止堆存場(chǎng)地錒系元素的溶解；2）吸收大氣中的CO2，生成水合碳酸鎂（MgCO3·3H2O）和水菱鎂石以減少環(huán)境pH降低的機(jī)會(huì)；3）形成黏結(jié)性實(shí)體，藉以固結(jié)廢物以減少其轉(zhuǎn)移和流失。這項(xiàng)技術(shù)曾在美國(guó)新墨西哥州Carlsbad核廢物堆存巖鹽洞穴應(yīng)用［16，19-20］。水菱鎂石-斜方云石混合物［1∶（1～0.6）］可代替鈦白粉作為涂料生產(chǎn)用的填充劑和增量劑，還可用作橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，特種密封材料及造紙工業(yè)用涂布劑等［5］。

表4 國(guó)外水菱鎂石阻燃劑生產(chǎn)企業(yè)

表5 阻燃劑級(jí)水菱鎂石-斜方云石礦粉規(guī)格和實(shí)物組成 %

6 前景展望

1）中國(guó)現(xiàn)已探明的水鎂石和水菱鎂石資源儲(chǔ)量分別為3.0×107t和1.0×108t，前者屬中等規(guī)模，后者為大型礦床?，F(xiàn)有的研發(fā)工作顯示，水鎂石和水菱鎂石是生產(chǎn)鎂質(zhì)阻燃劑的理想的天然原料，具有環(huán)境友好、資源易得、成本低廉、性價(jià)比高的特點(diǎn)。將水鎂石、水菱鎂石用于高附加值、高技術(shù)含量專用化學(xué)品和功能化學(xué)品（如阻燃劑）的生產(chǎn)上，是綜合利用兩種資源的重要方向之一。

2）水鎂石的應(yīng)用環(huán)境多種多樣，且環(huán)境友好、效果顯著；技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理；實(shí)施簡(jiǎn)易、作業(yè)安全。中、低品位水鎂石在眾多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

3）西部開發(fā)是中國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略，水菱鎂石的成功利用將是對(duì)青藏地域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)貢獻(xiàn)。當(dāng)前的工作是做好水菱鎂石的研發(fā)與儲(chǔ)備工作。

［1］ Wilson I.Brucite bonanza［J］.IndustrialMinerals，2007（481）：74-79.

［2］ 吳良士，白鴿，袁忠信.礦產(chǎn)原料手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：56-57.

［3］ 郭如新.水菱鎂石和斜方云石的開發(fā)與應(yīng)用 ［J］.鹽湖研究, 2009，17（3）：63-68.

［4］ Grant B.Magnesite,brucite and hydromagnesite occurrences in British Columbia［R］.Canada：Ministry of Energy，Mines and Petroleum Resources，1987-13：68.

［5］ Stamatakis M G.Occurrence and genesisof huntite hydromagnesite assemblages，Kozani，Greece-importantnew white fillersand extenders［J］.Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy，Section B.Applied Earth Science，1995，104（Sep-Dec）：179-186.

［6］ Kangal O，Guney A.A new industrialmineral：huntite and its recovery［J］.Minerals Engineering，2006，19（4）：376-378.

［7］ Rothon R，Troitzsch J.Mineral flame retardants［J］.IndustrialMinerals，2007（8）：52-59.

［8］ 郭如新.水鎂石及其在氫氧化鎂阻燃劑生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.精細(xì)與專用化學(xué)品，2010，18（8）：48-53.

［9］ 郭如新.鎂質(zhì)阻燃劑的現(xiàn)狀與前景［J］.塑料助劑，2011（2）：1-6.

［10］ 金明煥.利用水鎂石漿液脫硫方法：中國(guó)，101058053［P］.2007-10-24.

［11］ Belevtsev A N，Baikova SA，Zhavoronkov V I，et al.Effectiveness of Akvamag ground brucite in water treatment processes［J］. Metallurgist，2007，51（5/6）：295-297.

［12］ Anon.Thebruciteof Kuldur deposits［Z］.Russian Mining Chemical Company，2011：12.

［13］ Wu Wenxiu，Shao Lei，Chen Jianfeng，et al.Investigation on mechanism of Cu2+immobilization by brucite［J］.Fresenius Environmental Bulletin，2007，16（1）：29-33.

［14］ 郭如新.鎂肥肥源及其應(yīng)用［J］.磷肥與復(fù)肥，2011，26（1）：50-52.

［15］ Bearat H A.Mineral sequestration of carbon dioxide：enhancing carbonation reactivity of brucite and forsterite［D］.Arizona State University：Dissertation Abstracts International，2004：212.

［16］ Shand M A.The chemistry and technology of magnesia［M］. Hoboken：Wiley，2006：196-198.

［17］ Lee JK，Kim DW，Lee S，etal.Pretreatmentmethod ofbrucite for CO2mineral carbonation by removal of absorbed water，hydroxyl group and volatilematerials：KR，673533［P］.2007-01-24.

［18］ Maroto-Valer M M，F(xiàn)auth D J，Kuchta M E，et al.Activation of magnesium rich minerals as carbonation feed-stock materials for CO2sequestration［J］.Fuel Processing Technology，2005，86（14/ 15）：1627-1645.

［19］ Xiong Yongliang.Thermodynamic propertiesof brucite determined by solubility studies and their significance to nuclear waste isolation［J］.Aquatic Geochemistry，2008，14（3）：223-238.

［20］ Xiong Yongliang，Loed A S.Experimental investigations of the reaction path in the MgO-CO2-H2O system solutions with ionic strengths，and their application to nuclear waste isolation［J］. Applied Geochemistry，2008，23（6）:1634-1659.

Resources，processing，and application ofbrucite，hydromagnesite，and huntite

Guo Ruxin
（Tianjin SodaWorks，Tianjin 300450，China）

A review on the processing and application ofbrucite，hydromagnesite，and huntite resourceswas given.Histories，chemical composition，physicalparameters，resource reserve，ore grade，production processing aswellasapplications（such as magnesium flame retardants，neutralizing agent，heavymetal ion removing agents，magnesium fertilizer，and feed-additives）of those resourceswere introduced respectively and theirdevelopment in futurewasalso prospected.

brucite;hydromagnesite;huntite;magnesium flame retardant

TQ132.2

A

1006-4990(2012)02-0013-04

2011-08-10

郭如新（1935—），男，高級(jí)工程師，參與編、譯、審、校純堿方面專著5部，已公開發(fā)表文章130多篇。

聯(lián)系方式：022－66312130