建材用花崗巖廢料綜合利用試驗研究

魏付帥 郝小非

中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所（450006）

0 前言

花崗巖質(zhì)地堅硬，顏色美觀，不易風(fēng)化，廣泛應(yīng)用于高級建筑裝飾工程、大廳地面和路邊裝飾石板等方面；但進(jìn)行花崗巖加工時，產(chǎn)生大量的花崗巖廢料，花崗巖廢料中含有長石、石英資源，是玻璃、陶瓷工業(yè)的重要原料；如果直接丟棄，不僅占用了大量的土地，還造成了資源的浪費(fèi)；因此，對于花崗巖廢料的開發(fā)利用具有重要意義。毛宇暉[1]等利用花崗巖廢料與黏土混合制作了新型墻體材料，其制備的花崗巖磚的主要性能超過普通黏土磚；趙更歧等[2]利用花崗巖廢料制備了加氣混凝土砌塊，經(jīng)檢測,抗凍性與耐久性符合規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；郝小非等[3]研究了河南方城花崗巖型長石礦的組成以及礦石氧化鐵含量與產(chǎn)品白度的關(guān)系,并分析了在不同脫泥粒度、磨礦細(xì)度、磨礦濃度、磁場強(qiáng)度條件下,花崗巖型長石礦精礦中氧化鐵含量的變化情況；研究認(rèn)為氧化鐵含量越低，白度越高；曾利群等[4]研究了深圳地區(qū)風(fēng)化花崗巖渣土，發(fā)現(xiàn)深圳地區(qū)工程渣土是一種含石英、長石、高嶺土和黑云母的風(fēng)化花崗巖土，通過 X 射線熒光(XRF)、X 射線衍射(XRD)和標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度等方法研究了利用風(fēng)化花崗巖渣土制備機(jī)制砂和礦物摻和料的可行性；研究認(rèn)為深圳地區(qū)工程渣土經(jīng)加工處理可以作為經(jīng)濟(jì)效益良好的建筑材料。王少陽等[5]研究了利用花崗巖廢料制備閉孔泡沫陶瓷的工藝，以碳化硅為發(fā)泡劑，制備的泡沫陶瓷體積密度為237.4 kg/m3，抗壓強(qiáng)度為 0.85 MPa，抗彎強(qiáng)度為 0.42 MPa，孔隙率為83.31%，吸水率為2.21%，熱導(dǎo)系數(shù)為0.051 W/（m·K）。研究認(rèn)為此種泡沫陶瓷在建筑保溫領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

1 花崗巖廢料的礦物組成特征

花崗巖廢料取自河南南陽，主要礦物組成為長石、石英，雜質(zhì)礦物為白云母、黑云母、磁鐵礦和褐鐵礦，由于這些染色雜質(zhì)會嚴(yán)重影響建材陶瓷產(chǎn)品的色澤及硬度，因此必須進(jìn)行脫除。通過工藝礦物學(xué)鑒定查明其主要礦物為石英和長石，石英含量在35%左右，它形粒狀，薄片中無色透明，正低突起，一級灰白干涉色，可見波狀消光，粒徑為0.5～2 mm，平均粒徑1 mm（如圖1 所示）；鉀長石含量在28%左右，多呈自形、半自行板狀呈半自形-他形板狀，顆粒較大者自形程度較好，薄片無色，負(fù)低突起，最高干涉色一級灰白，可見格子雙晶、 卡巴雙晶，粒徑0.5～2 mm（如圖2 所示）；斜長石:含量在 32%左右，呈半自形-他形板狀，薄片中無色，正低突起，最高干涉色為一級灰白，聚片雙晶發(fā)育，粒徑為0.05～2 mm，平均粒徑1 mm（如圖3 所示）；其雜質(zhì)礦物主要為黑云母、白云母、褐鐵礦、磁鐵礦。黑云母含量約3%，粒徑0.1～1 mm，薄片中褐色，呈鱗片狀，不規(guī)則狀分布，多色性吸收性顯著，近平行消光。平均粒徑0.5 mm；白云母含量約1%，薄片中無色，鱗片狀，呈脈狀分布于條紋長石的裂隙中，近平行消光，鮮艷干涉色平均粒徑0.09 mm 褐鐵礦、磁鐵礦約占1%。

圖1 石英光性特征（波狀消光）

圖2 鉀長石光性特征

圖3 斜長石光性特征（聚片雙晶）

2 選礦提純方案設(shè)計

根據(jù)該花崗巖廢料的工藝礦物學(xué)分析可知，鉀長石或鈉長石較低，石英含量高，其K2O 含量5%~7%、Na2O 含量 3%~4%，SiO2含量 66%~77%，如果考慮首先進(jìn)行降硅提高鉀鈉含量，然后再進(jìn)行除鐵的工藝方案，可顯著提高有用礦物含量，提升市場銷售前景，但存在方案選礦成本高，選礦過程使用的浮選藥劑會產(chǎn)生二次污染等問題，因此，考慮直接進(jìn)行除鐵工藝方案。目前，國內(nèi)外除鐵工藝有磁選、酸浸、浮選工藝，但酸浸、浮選同樣會產(chǎn)生二次污染，故而選擇直接磁選除鐵的工藝方案。

3 工藝路線

工藝路線如圖4 所示。原礦經(jīng)過破碎制備成小于2 mm 的顆粒，然后進(jìn)行磨礦、脫泥、磁選試驗。在試驗過程中選擇不同的脫泥粒度、磨礦細(xì)度、磁選強(qiáng)度進(jìn)行條件試驗，依據(jù)產(chǎn)品的燒成白度選擇出最佳試驗條件（燒成白度為1 200 ℃，保溫30 min 測試的白度）[3]。

圖4 技術(shù)路線圖

4 試驗

4.1 脫泥粒度試驗

在磨礦細(xì)度小于150 μm 時，磁場強(qiáng)度10 000 Gs 條件下，選擇不同的脫泥粒度進(jìn)行試驗，其產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度見表1。

表1 不同脫泥粒度條件下產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度

4.2 磨礦細(xì)度試驗

在保持脫泥粒度38 μm，磁場強(qiáng)度10 000 Gs條件下，選擇不同的磨礦細(xì)度進(jìn)行試驗，其產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度見表2。

表2 不同磨礦細(xì)度條件下產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度

4.3 磁選強(qiáng)度試驗

在保持脫泥粒度38 μm，磨礦細(xì)度小于150 μm，選擇不同的磁場強(qiáng)度進(jìn)行試驗，其產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度見表3。

表3 不同磁場強(qiáng)度條件下產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度

4.4 產(chǎn)品檢查分析

選擇脫泥粒度38 μm，磨礦細(xì)度小于150 μm ，磁場強(qiáng)度10 000 Gs 條件下，最終獲得試驗產(chǎn)品的Xrd 分析結(jié)果、燒成白度與樣品的情況見表4、圖5。

表4 Xrd 衍射分析結(jié)果

圖5 產(chǎn)品燒成小餅和體式鏡下產(chǎn)品外觀圖

5 結(jié)果與討論

1）從表1 可知，脫泥粒度大時，由于燒成白度較高的部分較細(xì)粒產(chǎn)品被脫去，而染色雜質(zhì)礦物與較大顆粒未解離，導(dǎo)致燒成白度低；脫泥粒度小時，由于燒成白度很低的細(xì)粒產(chǎn)品中染色雜質(zhì)礦物高，未能充分脫除；當(dāng)脫泥粒度為0.038 mm，產(chǎn)品白度較好。

2）從表2 可知，磨礦細(xì)度較細(xì)時，含鐵礦物易泥化，磁選過程夾雜嚴(yán)重，使產(chǎn)品燒成白度低；磨礦粒度較粗時，含鐵礦物和主要成分未充分解離，使產(chǎn)品燒成白度低；綜合產(chǎn)品產(chǎn)率情況，當(dāng)磨礦細(xì)度小于150 μm，產(chǎn)品的產(chǎn)率和產(chǎn)品白度較好。

3）從表3 可知，磁選強(qiáng)度低時，染色雜質(zhì)未能充分脫除，磁選強(qiáng)度大時，染色雜質(zhì)會合主要成分一起被脫除，磁選強(qiáng)度為10 000 Gs 時，產(chǎn)品白度較好。

4）從表4 和圖6 可知，最終產(chǎn)品主要組成礦物為長石與石英，基本未發(fā)現(xiàn)染色雜質(zhì)成分，燒成小餅表面光滑，已瓷化，無黑點(diǎn)，表明經(jīng)過簡單加工后的花崗巖廢料白度大，染色雜質(zhì)礦物少。

5）試驗最佳條件為脫泥粒度38 μm，磨礦細(xì)度小于150 μm ，磁場強(qiáng)度10 000 Gs，所得產(chǎn)品指標(biāo)符合陶瓷企業(yè)拋光磚或陶瓷坯料要求。

6 展望

河南有豐富的花崗巖資源，在進(jìn)行花崗巖板材加工時產(chǎn)生的廢料較多，對其進(jìn)行二次資源利用，使其變廢為寶，技術(shù)可行，資源有保障。至于具體的開發(fā)利用方向，應(yīng)根據(jù)礦石自身實際情況和周邊市場需求情況，選擇合適的加工工藝。