蛇纹石综合利用新技术一、 技术领域本技术涉及以蛇纹石矿制备氢氧化镁、碳酸镁、氧化镁、高 分散轮胎用白炭黑、草酸亚铁、高纯氧化铁、镍钻混合物并对加 工过程工艺废水进行综合利用的方法属湿法冶金和资源综合利 用领域二、 背景技术蛇纹石是镁的一种含水硅酸盐矿物一般具有斑点状花纹，特别 是其磨光面花纹很像蛇皮，由此得名蛇纹石的化学组成为3MgO・2SiO2・2H2O或MgO[Si4Oi0]（OH）8 , 其中含氧化镁（MgO ） 43.0%，二氧化硅（SiO2 ） 44.1%，水（H2O ） 12.9%常见的混入物有氧化亚铁（FeO ）三氧化二铁（Fe2O3 ）和 氧化镍（NiO ）我国是蛇纹石矿产资源大国之一，已探明的蛇纹石总储量约超过 50亿吨，居世界第三位矿点遍布全国十几个省区蛇纹石矿含有丰富的镁、硅、铁和镍资源，同时具有耐热、抗腐 蚀、耐磨、隔热、隔音等性能，具有一定的开发利用前景目前主要 应用于制造钙镁磷肥、耐火材料、冶金溶剂和滤料等近几年来，国内对蛇纹石综合利用的研究比较活跃，主要研究方 向为采用湿法冶金工艺提取其中的镁、硅、铁、镍元素制备氢氧化镁、 氧化镁、沉淀二氧化硅（或多孔二氧化硅）、镍铁混合物（或镍精矿） 氧化铁红工业颜料等，发表了不少文章，产生了不少专利。
但从已报 道的情况看，一是所产出的沉淀二氧化硅为普通沉淀二氧化硅，主要 应用于制鞋和橡胶行业2010年，国内沉淀二氧化硅产能达到127 万吨，市场总消费为116万吨，产能处于过剩状态，产品出厂价格在 2800-4000元/吨之间生产企业效益不太理想采用湿法工艺制备硅 酸钠，所制备的硅酸钠模数在2.5-2.7之间，模数偏低而以低模数 硅酸钠制备沉淀二氧化硅，二氧化硅收率不高，由此会造成制造成本 的上升，因此以蛇纹石制备普通沉淀二氧化硅难以获得经济效益以蛇纹石酸浸残渣制备多孔二氧化硅（也叫多孔状二氧化硅强吸 附剂、硅质多孔材料等），不仅处理过程会产生大量的工艺废水，对 环境造成影响，而且将多孔二氧化硅作为一种吸附材料，从应用的角 度讲尚需得到市场认可同时还面临着活性白土、海泡石助滤剂、硅 藻土助滤剂和活性炭等传统、成熟的、相类似的吸附材料的竞争，因 此具有较高的市场风险蛇纹石中还有一定量得铁元素从已报道的情况看，一是不予利 用，二是提取其中的铁镍元素制备铁镍混合物，三是提取其中的铁元 素制备氧化铁红工业原料如果不对蛇纹石中的铁资源进行综合利 用，不仅会造成资源浪费，而且还会造成环境污染综合利用其中的 铁镍资源，制备铁镍混合物，虽然实现了对铁镍资源的综合利用，但 其应用与市场前景尚无法确定。
氧化铁红在制备过程不仅有大量的酸 性废水产生，而且由于生产成本高，市场售价低（2500-3500元/吨）， 生产企业也将难以获得经济效益同时，从蛇纹石酸解液中提铁，多 采用氧化水解工艺，此法目前尚存在重大技术缺陷，主要是含铁沉淀 物中含有较多的钙、镁、镍成份，在工业实践上能否将此沉淀物作为 制备氧化铁红的原料，尚需得到实验和实践验证蛇纹石综合利用过程要产生大量的工艺废水，主要是镁盐制备工 序所产生的氨氮废水和沉淀二氧化硅制备工序所产生的含有硫酸盐 的工艺废水从已报道的蛇纹石综合利用工艺看，均未对其进行综合 利用，这不仅会造成环境污染，而且不利于控制加工成本本技术针对已有研究成果中的各种不足，以提高蛇纹石资源利用 水平，提升产品技术含量和附加值，实现蛇纹石综合利用过程的无害 化为宗旨，提出了以蛇纹石制备氢氧化镁（或碱式碳酸镁）氧化镁、 电池级草酸亚铁或高纯氧化铁、高分散白炭黑以及镍钻精矿新工艺， 并开发出了与其相配套的废水综合利用技术和节水节能技术三、工艺简介1、工艺原理首先将蛇纹石原矿进行预处理，制得细度符合工艺要求的蛇纹石 粉体，再将蛇纹石矿粉投入酸解系统，与来自系统的含镁工艺废水混 合，在有活化剂存在的条件下与硫酸反应，经酸浸、过滤、净化制得 精制含镁溶液。
然后，以氨为反应剂在专用反应器中与精制含镁溶液 中的镁反应生成氢氧化镁沉淀，再经转化、分离、漂洗、改性、脱水、 烘干制得阻燃级氢氧化镁产品也可省去改性工序，直接制备工业级 氢氧化镁也可以工业级氢氧化镁为前驱物，调整不同的工艺条件， 经热处理制得工业级轻质氧化镁、活性氧化镁、药用（食品）级氧化 镁和高纯氧化镁等在执行碱式碳酸镁工艺路线时，可以碳酸氢盐为 反应剂与精制镁溶液中的镁反应生成碱式碳酸镁沉淀，再经分离、漂 洗、脱水、干燥制得碱式碳酸镁产品也可经热处理制得工业级轻质 氧化镁、活性氧化镁、药用（食品）级氧化镁和高纯氧化镁等酸解 及过滤工序所产生的酸浸残渣为多孔二氧化硅，具有较高的化学活 性，在特定条件下与氢氧化钠反应，经过滤制得水玻璃再以水玻璃 为原料采用硫酸法工艺在特定工艺条件下，经沉淀反应、陈化、分离、 漂洗、粉体制备等工序制得高分散轮胎用白炭黑酸解液净化过程所 获得的含铁沉淀物，经净化、酸解、过滤、还原、多级净化获纯度极 高的二价铁溶液，在特定条件下与草酸盐或草酸溶液反应，生成草酸 亚铁沉淀，再经分离、漂洗、脱水、干燥制得电池级草酸亚铁在制 备高纯氧化铁时，将铁沉淀物经净化、酸解、过滤、还原、多级净化 获纯度极高的二价铁溶液，然后采用氧化沉淀法工艺使转化为a -FeOOH沉淀，再经分离、洗涤、脱水、干燥、煅烧制得a-Fe2O3产 品。
将除铁后溶液与硫化物反应，使其中的硫酸镍、硫酸钻转化为硫 化镍、硫化钻沉淀，经分离、漂洗、脱水、干燥制得镍钻混合物镁 化合物生产过程产生的工艺废水主要成份为硫酸铵，用于回收氨，循 环用于镁盐沉淀，白炭黑制备过程所产生的工艺废水主要成份为硫酸 钠，经处理制得无水硫酸钠，整个工艺过程无废渣、废水排放2、化学反应(1 )酸解化学反应：主反应：3MgOQSiO2-2H2O+3H2SO4T3MgSO4+2SiO2+5H2O ( 1 )副反应：氧化镍与硫酸反应：NiO+H2SO4 (稀)rNiSO4+H2O ( 2 )或：Ni2++H SO -NiSO +2H+ ( 3 )2 4 4 \ 丿铁与硫酸反应：FeO+H SO -FeSO +H O ( 4 )Fe O +3H SO (稀)-Fe (SO ) +3H O ( 5 )2 3 2 4 ' ， 2、 “3 2 v '或：Fe2++H SO (稀)-FeSO +2H+2 4、/ 4钙与硫酸反应：CaO+ HO +H SO -CaSO -2H O ( 6 )2 2 4 4 2 v '钻与硫酸反应：Co O + 2H SO - 2CoSO + 3H O ( 7 )CoO + H SO - CoSO + H O ( 8 )2 4 4 2 v '(2) 溶液提铁化学反应：沉淀反应：2Fe2++2H++H O -2Fe3++2H O ( 9 )Fe3++3H O-Fe(OH) +3H+ ( 10 )2 3(3) 溶液提镍钻化学反应:硫化镍沉淀反应：NiSO +Na S-NiS J+Na SO ( 11 )4 2 2 4 v '过量的硫化钠与硫酸反应：Na S+ H SO -H St + Na SO ( 12 )2 2 4 2 2 4 v '硫化氢吸收反应：H S+2NaOH-Na S+2H O ( 13 )2 2 2 v ' 硫化钻沉淀反应：CoSO + NaS - CoS+ Na SO ( 14 )4 2 2 4 v '(4) 碱式碳酸镁制备化学反应：复分解反应MgSO +2NH HCO -Mg(HCO ) +(NH ) SO ( 15)4 4 3 3 2 4 2 4热解反应Mg(HCO3)+2H2O-MgCO3^3H2O+CO21 ( 16 )5[MgCO ・3H O]-4MgCO ・Mg(OH)・4H O+CO t+10H O ( 17 )3 2 3 2 2 2 2(5 )氢氧化镁制备化学反应:MgSO4+2NH4OH-Mg( OH )2+( NH4 )2SO4 ( 18 )(6) 氨回收化学反应：氨分解反应：(NH4)2SO4+MgO-MgSO4+2NHJ+H2O ( 19 )氨吸收反应：NH3+H2°-NH3-H2° ( 20 )(7) 草酸亚铁的制备化学反应：含铁沉淀物碱洗反应：Al(OH) ・Fe(OH) +NaOH -NaAlO + Fe(OH) + 2H O ( 21 )3 3 2 3 2三价铁还原反应：Fe+Fe (SO ) -3FeSO ( 22 )2、 “34 v '草酸亚铁制备反应：FeSO +H C O ・2H O-FeC O ・2H O+H SO ( 23 )4 2 2 4 2 2 4 2 2 4(8)高纯氧化铁制备反应L v a匚ZZ1酸解：2Fe(OH)3 + 3H2SO4 -Fe2(SO4)3 +6H2O ( 24 )还原：Fe + Fe2(SO4)3 -3FeSO4 ( 25 )氧化：2FeSO +H O + H SO -Fe (SO ) + 2H O ( 26 )4 2 2 2 4 2、 4丿3 2沉铁：Fe (SO ) + 6NH •H O-2Fe(OH) + (NH ) SO + 3H O( 27 )2 4 3 3 2 3 4 2 4 2(9)沉淀二氧化硅的制备化学反应由硅砂转化为硅酸钠：3SiO +2NaOH-Na O・3SiO +H O ( 28 )2 2 2 2 v '由硅酸钠转化为二氧化硅：Na O・3SiO +H SO +2H O-3H SiO +Na SO ( 29 )2 2 2 4 2 2 3 2 43、工艺流程四、该工艺已通过实验室研究和中试研究，并顺利通过工业化试验实现产业化。