建材用花崗巖廢料綜合利用試驗研究

魏付帥 郝小非

中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所（450006）

0 前言

花崗巖質地堅硬，顏色美觀，不易風化，廣泛應用于高級建筑裝飾工程、大廳地面和路邊裝飾石板等方面；但進行花崗巖加工時，產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；因此，對于花崗巖廢料的開發利用具有重要意義。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，經檢測,抗凍性與耐久性符合規范規定標準；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品白度的關系,并分析了在不同脫泥粒度、磨礦細度、磨礦濃度、磁場強度條件下,花崗巖型長石礦精礦中氧化鐵含量的變化情況；研究認為氧化鐵含量越低，白度越高；曾利群等[4]研究了深圳地區風化花崗巖渣土，發現深圳地區工程渣土是一種含石英、長石、高嶺土和黑云母的風化花崗巖土，通過 X 射線熒光(XRF)、X 射線衍射(XRD)和標準水泥膠砂強度等方法研究了利用風化花崗巖渣土制備機制砂和礦物摻和料的可行性；研究認為深圳地區工程渣土經加工處理可以作為經濟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，以碳化硅為發泡劑，制備的泡沫陶瓷體積密度為237.4 kg/m3，抗壓強度為 0.85 MPa，抗彎強度為 0.42 MPa，孔隙率為83.31%，吸水率為2.21%，熱導系數為0.051 W/（m·K）。研究認為此種泡沫陶瓷在建筑保溫領域具有良好的應用前景。

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，雜質礦物為白云母、黑云母、磁鐵礦和褐鐵礦，由于這些染色雜質會嚴重影響建材陶瓷產品的色澤及硬度，因此必須進行脫除。通過工藝礦物學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，聚片雙晶發育，粒徑為0.05～2 mm，平均粒徑1 mm（如圖3 所示）；其雜質礦物主要為黑云母、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 選礦提純方案設計

根據該花崗巖廢料的工藝礦物學分析可知，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%，如果考慮首先進行降硅提高鉀鈉含量，然后再進行除鐵的工藝方案，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生二次污染等問題，因此，考慮直接進行除鐵工藝方案。目前，國內外除鐵工藝有磁選、酸浸、浮選工藝，但酸浸、浮選同樣會產生二次污染，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。原礦經過破碎制備成小于2 mm 的顆粒，然后進行磨礦、脫泥、磁選試驗。在試驗過程中選擇不同的脫泥粒度、磨礦細度、磁選強度進行條件試驗，依據產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 技術路線圖

4 試驗

4.1 脫泥粒度試驗

在磨礦細度小于150 μm 時，磁場強度10 000 Gs 條件下，選擇不同的脫泥粒度進行試驗，其產品的產率和燒成白度見表1。

表1 不同脫泥粒度條件下產品的產率和燒成白度

4.2 磨礦細度試驗

在保持脫泥粒度38 μm，磁場強度10 000 Gs條件下，選擇不同的磨礦細度進行試驗，其產品的產率和燒成白度見表2。

表2 不同磨礦細度條件下產品的產率和燒成白度

4.3 磁選強度試驗

在保持脫泥粒度38 μm，磨礦細度小于150 μm，選擇不同的磁場強度進行試驗，其產品的產率和燒成白度見表3。

表3 不同磁場強度條件下產品的產率和燒成白度

4.4 產品檢查分析

選擇脫泥粒度38 μm，磨礦細度小于150 μm ，磁場強度10 000 Gs 條件下，最終獲得試驗產品的Xrd 分析結果、燒成白度與樣品的情況見表4、圖5。

表4 Xrd 衍射分析結果

圖5 產品燒成小餅和體式鏡下產品外觀圖

5 結果與討論

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粒產品被脫去，而染色雜質礦物與較大顆粒未解離，導致燒成白度低；脫泥粒度小時，由于燒成白度很低的細粒產品中染色雜質礦物高，未能充分脫除；當脫泥粒度為0.038 mm，產品白度較好。

2）從表2 可知，磨礦細度較細時，含鐵礦物易泥化，磁選過程夾雜嚴重，使產品燒成白度低；磨礦粒度較粗時，含鐵礦物和主要成分未充分解離，使產品燒成白度低；綜合產品產率情況，當磨礦細度小于150 μm，產品的產率和產品白度較好。

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

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

5）試驗最佳條件為脫泥粒度38 μm，磨礦細度小于150 μm ，磁場強度10 000 Gs，所得產品指標符合陶瓷企業拋光磚或陶瓷坯料要求。

6 展望

河南有豐富的花崗巖資源，在進行花崗巖板材加工時產生的廢料較多，對其進行二次資源利用，使其變廢為寶，技術可行，資源有保障。至于具體的開發利用方向，應根據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。