我国水镁石矿资源利用现状及展望

秦雅静，朱德山

【行业发展】

我国水镁石矿资源利用现状及展望

秦雅静1，朱德山2

（1.湖南省地质科学研究院，湖南 长沙 410007；2.上海宝钢资源有限公司，上海 200080）

我国拥有丰富的水镁石矿产资源，其中辽宁地区储量最多，达1 000多万t。目前，我国开采出的水镁石，原矿品位高，一部分原矿直接出口海外，一部分用来生产轻、重烧镁等耐火材料和镁化工产品。由于矿山企业采富弃贫，较低品位水镁石基本都被堆存废弃，浪费了大量水镁石资源。如何充分利用这些低品位水镁石资源，积极开展水镁石综合利用与深加工，具有重要的现实意义。

水镁石；浮选；脱硅；开发利用

1 概述

随着社会的发展及工业的进步，人类对矿物资源的利用日渐广泛，一些以前不被广泛应用的非金属矿物也得到了更多的关注和研究，水镁石即是其中之一[1]。水镁石作为一种矿物早在1919年就被矿物学家所认识，随后对它的成分、结构、物理化学性质等各方面做了许多研究。在前苏联远东地质局发现了纯水镁石岩以后，水镁石才真正作为一种工业矿物加以开发和利用[2]。

水镁石又称氢氧镁石，是自然界中含镁较高的矿物之一。它是一种层状氢氧化物，化学组成简单，理论组成(%)：MgO 69.12，H2O 30.88。常有Fe、Mn、Zn、Ni等杂质以类质同像存在。其中MnO可达18%，FeO可达10%，ZnO可达4%；可形成铁水镁石(FeO≥10%)、锰水镁石(MnO≥18%)、锌水镁石(ZnO≥4%)、锰锌水镁石(MnO 18.11%，ZnO 3.67%)、镍水镁石(NiO≥4%)等变种。

纯净的水镁石呈白色，自然白度较高，可达90%以上。水镁石含有结构水，在340℃开始逐渐吸热分解得到氧化镁和水，这一独特的性质也是它作为阻燃剂和镁质高温耐火材料的主要原因。

水镁石作为提取镁的重要原料之一，是一种珍贵的高镁非金属矿。水镁石矿物独特的结构与组成决定了它的性能和使用功能。近年来，水镁石的工业价值越来越受到重视，国内、外对其矿床、矿物学已有较全面的研究，开发利用也更为深入。

2 水镁石资源现状

2.1 世界水镁石资源

水镁石为稀有的非金属矿物。前苏联早在20世纪60年代就对水镁石进行了开发利用，继而美国、加拿大和朝鲜等也对发现的部分矿床进行了开采。开发规模较大的是俄罗斯境内小兴安岭南部的库利都尔水镁石矿床，但其发展速度仍很缓慢。美国也有多处水镁石资源产地。

水镁石矿床在世界范围内分布不广，而且矿床规模一般较小，主要集中在俄罗斯、美国、加拿大、朝鲜、挪威等。国内外主要的水镁石矿床情况见表1[3]。

2.2 我国水镁石资源

近年来我国相继在陕西宁强、青海祁连山、四川石棉、吉林集安、河南西峡、辽宁凤城、宽甸等地发现并开发水镁石矿产。

目前为止，我国已探明的水镁石资源总储量已超过2 500万t，属中等储量规模，其矿床分布及品位见表2。

从目前已知的数据看，辽宁凤城鸡冠山镇、太阳沟、刘家河镇和徐家台等地区拥有我国最丰富的水镁石资源，储量为1 000万t；陕西宁强地区已探明水镁石储量为780万t；吉林集安已探明水镁石储量为200万t。

从水镁石的矿石质量、规模和开采条件看，我国以辽宁省的水镁石资源最好，宽甸的水镁石矿接近水镁石的理论质量(%)：MgO 66.44、H2O 29.00、SiO20.80、Al2O30.21、Fe2O30.73。随着我国经济的高速发展，合理开发利用辽宁地区现有水镁石资源显得十分重要[4]。

2.3 水镁石资源特点及产品质量要求

水镁石矿产资源主要特性如下：①水镁石有用组分含量高，有害杂质含量较低；②水镁石中SiO2、Al2O3、Na、K含量很少，水的含量很高，在加工时不会产生毒性；③水镁石中不含碱性元素、氯及利用海水与蒸发原料会遇到困难的硫酸盐；④水镁石离解温度较之菱镁矿低，在焙烧时其消耗能量少；⑤从水镁石中获取的氧化镁有较大的化学活动性；⑥水镁石岩与单矿物性质相近，其成分稳定。

水镁石是一种很重要的非金属矿物原料，有很大的经济价值、其用途很广。不同的应用领域对水镁石精矿质量要求也不同(见表3)[5]。

表3 不同品级精矿矿物成分及用途

3 水镁石的开发应用现状

水镁石矿广泛应用于防火涂层、造纸工业、制取氧化镁、制取氯化镁、环保等领域。

(1) 防火涂料。

水镁石含水量特别高，约31%。水镁石的差热分析显示，其热分解脱水温度介于420～520℃之间，该温度与一般物品的燃烧温度接近，因此可用作防火涂料和阻燃剂。日本已有学者研制出一种涂料，它是由水硬水泥、稍加处理的水镁石和一些其他物质以适当的比例混合而成的。这种涂料有容重轻、装饰性好、耐风化能力强、防火性能好、着火后不剥落等特点。可用于船舶、高级住宅等的表面涂层。

据报道，目前世界阻燃剂消耗量接近百万吨，其中无机物占大约一半，因此氢氧化镁有很大的发展空间，美国氢氧化镁阻燃剂的年增长率为15%，氢氧化镁一直保持较高的需求[6]。

(2) 造纸工业。

水镁石具有白度高、剥片性好、粘着力强、基本不吸水等特点，前苏联把它与方解石一起用作造纸填料，使造纸由酸法改为碱法，并减少浆水的污染。在造纸工业上，水镁石在生产镁基亚硫酸盐纸浆过程中代替石灰，能够吸收使废浆水可循环利用，大大降低了废浆水对环境的污染。由于水镁石在空气中不吸水，还可用作防潮包装纸的填料[7]。

(3) 制备氧化镁。

在水镁石中，氧化镁含量高，可以直接煅烧水镁石来制得氧化镁，且工艺简单，成本较低，便于控制。利用水镁石可制得耐火级氧化镁，水镁石作为一种耐火材料在国外已经有很大的发展。国外用水镁石和白云石在高温下煅烧成镁和钙的氧化物，然后磨细，再与有机粘合剂混合，压制成模，二次煅烧后制得耐火砖产品，利用水镁石还可制得高品位的镁砂。水镁石作为一种耐火材料在国外已有很大发展，日本每年大约需要进口4～5万t水镁石以满足工业发展的需求。

国内学者对比了用水镁石、菱镁矿、蛇纹石炼镁的优缺点，探讨了用皮江法和半连续硅热法的可行性和优缺点，并指出，用水镁石炼镁具有降低成本、节约能源、减少环境污染等优点。另据消息，有人用辽东水镁石试制炼样，并已做出产品[8]。

(4) 制备氯化镁。

无水氯化镁是电解制取金属镁的主要原料，我国目前制备氯化镁主要以菱镁矿颗粒加碳氯化的方法，同时为了补充损失的氯气，配合以光卤石脱水的方法来制备。我国有较为丰富的水镁石资源，可以利用水镁石具有含镁量高、分解吸热少、尾气易于处理等优点制备。

用水镁石制备氯化镁时，在受热分解时不易碎裂，强度较好，氯化反应快，具有比菱镁矿明显的优势，是制备氯化镁的理想原料[9]。

(5) 在环保领域中的应用。

由于水镁石的成分特点，可以用作酸性废水中和处理剂。它不仅在许多方面比传统的碱类物质(如氢氧化钙、氢氧化钠等)有工艺上的优越性，而且在生成物处理和排放方面可以大大降低成本。近年来，水镁石在处理酸雨污染的土壤、调节土壤的pH值及中和酸性废水方面有较大的需求。水镁石还可以作为烟气脱硫剂。水镁石添加在锅炉燃料中，可以减少高汞和高硫燃料对锅炉的危害，降低二氧化硫和其他有害气体的排放。将水镁石深加工成为一种非沉降性和非凝聚性的活性氢氧化镁，可有效地在烟气脱硫领域中得到广泛应用[10]。

(6) 其他领域应用。

水镁石除以上的用途外，经电熔炼可制取极致密的具有高热导性和电绝缘性的方镁石集合体，其使用期要比熔炼菱镁矿长2～3倍；若把水镁石和白云石煅烧，其产物用在钢铁制造工业上，可除P、S等杂质和处理炉渣；水镁石和碳酸钙混合在800～1 150℃煅烧的产物，可用在制糖工业上处理甜菜糖汁，作为脱色剂[11]。

4 水镁石选矿工艺及进展

对于低品位水镁石矿石，通过选矿富集是必要的。蛇纹石是碳酸盐型水镁石矿石中的主要伴生脉石矿物，其所含SiO2在水镁石应用工艺中是有害组分。因此对于水镁石和蛇纹石的分离研究，是十分必要的[12]。

拥有最多水镁石资源的前苏联，曾进行过重液法和浮选法处理水镁石的研究。在我国水镁石的选矿正处于起步阶段，无太多经验可以借鉴。

李典[13]对于集安县水镁石和蛇纹石综合利用进行了研究。该矿石为水镁石蛇纹岩，均为含镁矿物，都含氢氧根，若使二者有效分离是相当困难的。由两种矿物的化学成分看出，水镁石属氧化矿，而蛇纹石则属硅酸盐矿物，所以对该类型矿石宜采用浮选法使二者分离。李典对此类型矿石进行了水镁石和蛇纹石的综合回收研究，根据矿石物质组成的研究，并经大量探索性试验，最终确定用磁选法除去含铁矿物后再用浮选法分离水镁石和蛇纹石的磁—浮联合分选流程。

对于高效捕收药剂的开发，国家建材局地质研究所丁浩等[14]做了试验研究。在捕收剂FL作用下，水镁石呈现出良好的、明显高于蛇纹石的可浮性，以FL作捕收剂、六偏磷酸钠作调整剂，可以扩大水镁石与蛇纹石的可浮性差别。以该药剂制度浮选实际矿石，可获明显分离效果。进一步确定合理的药剂条件与流程结构，可望使选别指标更佳。

5 结语

水镁石是一种珍贵的高镁非金属矿，科学合理地利用该资源具有重要意义。目前我国对于水镁石尤其是高硅水镁石提纯技术研究处于起步、探索阶段。从矿物试验、实验室矿石试验到工业生产与开发利用，其间还要经历一个探索过程，还要做许多工作[15]。

[1]阎应科.水镁石矿产开发及综合利用探讨[J].矿产保护与利用，1993(3)：34-36.

[2]张秋艳.水镁石研究开发与应用近况[J].国土资源，2002(7)：58-59.

[3]郭如新.水镁石应用近况[J].海湖盐与化工，2000(2)：32-34.

[4]陈开俊.水镁石应用研究现状[J].矿产保护与利用，1996(2)：33-35.

[5]许东阳.天然水镁石的综合利用与深加工[J].阻燃材料与技术，2003(1)：1-4.

[6]徐徽.水镁石制取高纯氧化镁的研究[J].矿产综合利用，2003(3)：159-165.

[7]周卫平.氢氧化镁阻燃剂的制备技术[J].无机盐工业，1997(4)：31-35.

[8]陈肇友，李红霞.镁资源的综合利用及镁质耐火材料的发展[J].耐火材料，2005，39(1)：6-15.

[9]晓非.水镁石是一种新型高镁工业矿物[J].建材工业信息，1995 (15)：36-39.

[10]郭如新.水镁石及其在氢氧化镁阻燃剂生产中的应用[J].海湖盐与化工，1997(1)：42-45.

[11]全跃.镁质材料生产与应用[M].北京：冶金工业出版社，2008.[12]符剑刚，王晖，陈立，等.从蛇纹石矿中浸出Ni，Mg的试验研究[J].湿法冶金，2008(6)：92-95.

[13]李典.吉林省集安县水镁石蛇纹石综合利用研究[J].建材地质，1987(2)：28-30.

[14]丁浩.以FL作捕收剂浮选分离水镁石和蛇纹石的研究[J].矿产综合利用，1993(2)：5-8.

[15]陶维屏，苏德辰.中国非金属矿产资源及其利用与开发[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