鉬尾礦綜合利用研究

范佳志，王偉明

（伊春鹿鳴礦業(yè)有限公司，黑龍江 伊春 153000）

中國(guó)是世界上第三大礦業(yè)大國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)每年的尾礦排放量巨大，若能對(duì)這些廢棄資源進(jìn)行綜合利用，必然能提高資源的利用率，消除對(duì)環(huán)境的影響，變廢為寶[1-3]。

但是對(duì)于共伴生金屬含量較低的尾礦，單獨(dú)回收金屬礦物不僅在技術(shù)上存在困難，而且經(jīng)濟(jì)上可行性也較低，因此回收尾礦中的非金屬礦物，對(duì)于提高礦產(chǎn)資源綜合利用率具有重要意義[4]。

微晶玻璃，又叫玻璃陶瓷，與傳統(tǒng)的金屬材料相比，微晶玻璃具有耐侵蝕、耐磨、不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁等優(yōu)良性能，微晶玻璃可分為硅酸鹽類微晶玻璃、鋁硅酸鹽類微晶玻璃、氟硅酸鹽類微晶玻璃等，特別是硅酸鹽微晶玻璃，被廣泛應(yīng)用于建筑化工、機(jī)械、電化學(xué)等領(lǐng)域[5-7]。鉬尾礦中的非金屬礦物主要以硅酸鹽和碳酸鹽為主，因此采用尾礦制備微晶玻璃的研究具有可行性[8，9]。

某大型鉬礦開(kāi)采造成大量的鉬尾礦堆積，所以將鉬尾礦制備成高附加值的微晶玻璃具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料為某大型鉬礦鉬尾礦，化學(xué)組成見(jiàn)表1。從鉬尾礦化學(xué)組成來(lái)看，適合用作生產(chǎn)微晶玻璃的主要原料。其余材料包括石英砂、純堿、方解石、氧化鋅、碳酸鋇、硼砂等。原料主要成份為SiO2-Al2O3-CaO。其中SiO2構(gòu)成微晶玻璃的骨架，Al2O3提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等。CaO起到降低原料熔點(diǎn)，調(diào)節(jié)熔渣的流動(dòng)。

表1 原料化學(xué)成分%

1.2 試驗(yàn)工藝

微晶玻璃的生產(chǎn)工藝主要有燒結(jié)法和壓延法。燒結(jié)法因工藝比較簡(jiǎn)單，工藝要求比較低的特點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)被廣泛采用。本試驗(yàn)采用燒結(jié)法制備微晶玻璃，試驗(yàn)工藝流程如圖所示。

圖1 燒結(jié)法制備微晶玻璃工藝流程

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

主晶相的選擇對(duì)制備出良好微觀結(jié)構(gòu)及理化性能的材料有重要影響。根據(jù)鉬尾礦的組成，選擇硅灰石(CaO·Al2O3·SiO2)為制備材料的主晶相，鈣長(zhǎng)石等為副晶相。CaO對(duì)熔體結(jié)晶能力影響相當(dāng)大。為使制品析晶及不發(fā)生失透，CaO含量選擇15%～20%。Al2O3含量10%左右，以達(dá)到結(jié)晶均勻，促進(jìn)玻璃的分相與析晶的目的。SiO2是網(wǎng)絡(luò)形成體，適當(dāng)增加SiO2有利于減緩高溫析晶傾向，但其含量太高如超過(guò)70%，則玻璃粘度太大，制品幾乎不能結(jié)晶；而SiO2含量太低（如小于40%），則玻璃易失透，制品無(wú)法成型，因此，引入SiO250%～60%。

試驗(yàn)分別選用鉬尾礦含量為50%、60%、70%、80%的原料制備微晶玻璃，控制石英砂、純堿、方解石、氧化鋅、碳酸鋇、硼砂等輔料配比。主要以透輝石和硅灰石為主晶相，采用燒結(jié)法工藝得到玻璃粒料，而后晶化制備微晶玻璃。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)分別選用鉬尾礦含量為50%、60%、70%、80%的原料可以制得玻璃料粒，得到微晶玻璃高尾礦添加量的玻璃粒料呈深綠、棕黑色；低尾礦添加量的玻璃粒料呈淺綠色，見(jiàn)圖2。玻璃料粒晶化后經(jīng)過(guò)切磨拋后的微晶石樣品最終以鉬尾礦原色、灰色、黑色和三種混合色等四種為最優(yōu)，見(jiàn)圖3。

圖2 鉬尾礦含量依次為50%、60%、70%、80%的原料制得的玻璃料粒

圖3 玻璃料理晶化后經(jīng)過(guò)切磨拋后的微晶石樣品

按照建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“JC/T872—2000建筑裝飾用微晶玻璃”檢測(cè)了鉬尾礦微晶玻璃的彎曲強(qiáng)度、耐酸堿性和體積密度。并與天然石材和JC/T872—2000行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的微晶玻璃理化指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比，如表2所示。

鉬尾礦微晶玻璃的綜合性能優(yōu)于大理石和花崗石。尾礦微晶玻璃除色差外，其它指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)JC/T872—2000規(guī)定的微晶玻璃理化指標(biāo)。對(duì)于鉬尾礦微晶玻璃色差稍大于JC/T872—2000行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原因，可能是因?yàn)樗鶛z測(cè)的微晶玻璃樣品具有不同尾礦用量和花色配方組成的不規(guī)則仿花崗石花紋，而非單色系，由于測(cè)試儀器和檢測(cè)方法的局限性，容易造成檢測(cè)結(jié)果偏大所致。

表2 鉬礦尾礦微晶玻璃與天然石材等理化指標(biāo)對(duì)比

根據(jù)GB6566—2010建筑材料放射性核素限量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，建筑主體材料產(chǎn)品內(nèi)照射指數(shù)不大于1.0，外照射指數(shù)不大于1.3；環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 297-2006《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求：陶瓷磚》要求陶瓷磚環(huán)境產(chǎn)品的內(nèi)照射指數(shù)不大于1.0，外照射指數(shù)不大于1.3；環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 296-2006《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求：衛(wèi)生陶瓷》要求衛(wèi)生陶瓷環(huán)境產(chǎn)品的內(nèi)照射指數(shù)不大于1.0，外照射指數(shù)不大于1.3。鉬尾礦微晶玻璃樣品放射性指標(biāo)，內(nèi)照射指數(shù)0.1，外照射指數(shù)外照射指數(shù)0.1，符合A類標(biāo)準(zhǔn)。

表3 鉬礦尾礦微晶玻璃放射性核素限量檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

鉬尾礦是含鐵、鋁、鈣、鎂的高硅尾礦，適合于研制以硅灰石和透輝石為主晶相的SiO2-Al2O3-CaO三元系微晶玻璃系微晶石，具有耐磨、耐腐蝕、抗沖擊、高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定、保溫隔熱、柔和光感等優(yōu)良性能。使用鉬尾礦可占原料的50%以上，添加晶著色劑，熔劑等配料，可用燒結(jié)法工藝在1500℃～1520℃左右制成符合行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的灰、黑色微晶玻璃系微晶石，為尾礦的綜合開(kāi)發(fā)利用提供了一種思路，具有一定的指導(dǎo)意義。