石棉尾礦是在石棉礦采選過程中產(chǎn)生的、以蛇紋石為主要成分的危險固體廢棄物。我國石棉儲量居全球第三位，是世界主要石棉生產(chǎn)大國。但由于我國石棉礦品位較低，僅為2%-3%，因此在采選礦過程中，每生產(chǎn)1t石棉產(chǎn)品約產(chǎn)生27噸的石棉尾礦。我國目前年產(chǎn)石棉34萬多噸，年產(chǎn)生尾礦816~918萬t。調(diào)查表明，我國西部礦區(qū)(主要包括青海芒崖、新疆巴州、阿克塞三礦)每年新增石棉尾礦約1000萬噸，從1958年至今已堆積尾礦超過2.5億t。西南礦區(qū)四川省石棉縣三個礦點堆積尾礦總量約1.2億噸。據(jù)統(tǒng)計，歷經(jīng)多年積累，目前全國石棉尾礦的儲存量已近4億噸。
　　石棉尾礦的大量堆存不僅占據(jù)了大量的土地資源，而且污染環(huán)境，對人類健康和安全構(gòu)成了嚴重威脅。
　?。?）職業(yè)病危害：在石棉礦采選過程中產(chǎn)生有大量的石棉粉塵，這種粉塵可以使勞動者患上石棉肺、肺癌和間皮瘤等疾病。
　　（2）侵占土地，破壞生態(tài)環(huán)境：石棉尾礦礦山不僅占據(jù)了有限的土地資源而且嚴重破壞了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，尾礦山上寸草不生，如遇暴雨山洪極易引發(fā)泥石流、山體坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。
　?。?）大氣污染：石棉尾礦中含有大量的未選出的短小纖維，這些短纖維隨風飄蕩，造成大氣污染，對周邊居民的生產(chǎn)、生活和身體健康造成危害。
　　（4）水體污染和土壤毒化：石棉尾礦中含有細小短纖維、鈣、鎂、鉀、鈉及少量重金屬元素，在雨水和地表水的沖刷下進入河流及地下水中，造成水體污染。過量的可溶性鹽類礦物使尾礦庫周邊土壤出現(xiàn)次生鹽漬化，引起礦區(qū)局部土壤毒化，破壞當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。
　　石棉尾礦目前主要以堆積方式排放。由于含有大量的蛇紋石纖維，其大量堆積對礦區(qū)周圍人和動物的健康造成了嚴重危害。在多雨地區(qū)，石棉尾礦的大量堆積是一種潛在的地質(zhì)危害，嚴重影響當?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活以至生命安全。因此，對石棉尾礦的安全處理與處置對于改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境是十分必要的。采用先進的生產(chǎn)工藝對石棉尾礦進行資源化綜合利用，對礦區(qū)社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護具有重要意義。
　　2、 石棉尾礦的綜合利用途徑
　　目前石棉尾礦的綜合利用途徑主要有以下幾種：
　?。?）從石棉尾礦中進一步分選石棉短纖維：
　　石棉尾礦含有一定量的石棉短纖維，從中分離石棉短纖維，具有一定的經(jīng)濟價值。
　?。?）生產(chǎn)建筑材料
　　石棉尾礦的主要物相組成有蛇紋石以及一些伴生礦物如石英、粘土、滑石等?；瘜W成分主要為氧化鎂、氧化硅以及氧化鐵、氧化鈣、氧化鋁、氧化鎳、氧化鈷等。蛇紋石的纖維結(jié)構(gòu)和耐熱、耐磨等優(yōu)異性能在建筑材料中能夠起到良好的補強作用，可以代替粘土用于制造磚塊、輕質(zhì)砌塊等建筑材料。同時，由于石棉尾礦的主體元素是鎂和硅等，可以將其用于生產(chǎn)玻璃、陶瓷、微晶玻璃以及其它硅鎂質(zhì)耐火材料。
　?。?）從石棉尾礦中分選鐵精粉
　　對鐵品位較高，且鐵物相主要為磁鐵礦的石棉尾礦，可以采用磁選等方法分選獲得鐵精粉.如新疆若羌，靑海茫崖石棉尾礦，鐵品位7.5-28%之間，且以磁性物為主，比較適宜于分選鐵精粉。但分選鐵精粉后如將分選后尾礦棄而不用，則經(jīng)濟與環(huán)境意義不大。
　?。?）分離、提取其中的硅、鎂、鐵、鎳生產(chǎn)相應(yīng)的化工產(chǎn)品
　　通常情況孒，石棉尾礦的化學組成為(%)：SiO2：40.91，MgO：42.17，Al2O3 1.06，F(xiàn)e2O3 2.51，F(xiàn)eO 0.32，TiO2 0.09，H2O13，此外還含有一定量的Ni?？梢钥闯?，石棉尾礦中二氧化硅和氧化鎂的理論含量占總質(zhì)量的8 0 % 以上。由二氧化硅為原料生產(chǎn)的各種硅化合物及硅質(zhì)功能材料，以含鎂礦物為原料生產(chǎn)的各種鎂化合物如硫酸鎂、碳酸鎂、氫氧化鎂、氧化鎂、氟化鎂、硅酸鎂及電熔鎂砂、鎂質(zhì)耐火材料等在許多領(lǐng)域都有重要用途。分離石棉尾礦中的鐵和鎳還可用于生產(chǎn)鐵系化合物、鎳精礦及各種鎳鹽等。采用濕法冶金工藝從石棉尾礦中分離提取硅、鎂、鐵、鎳，并生產(chǎn)相應(yīng)的化工產(chǎn)品，不僅可以實現(xiàn)對石棉尾礦的資源化利用，而且可以極大的提高石棉尾礦的綜合利用價值，創(chuàng)造較高的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
　　總之，對石棉尾礦進行綜合利用，既是環(huán)保的需要，也是經(jīng)濟發(fā)展的需要。立足石棉尾礦中所含各有價元素，瞄準市場需求，研發(fā)切實可行的工業(yè)化技術(shù)，本照經(jīng)濟效益與環(huán)境效益相兼顧的原則，生產(chǎn)市場前景可觀、技術(shù)含量和附加值高的各種化工產(chǎn)品是石棉尾礦資源化利用的發(fā)展趨勢。
　　對石棉尾礦的綜合利用，還應(yīng)堅持利廢、治污、不產(chǎn)污的原則，解決好綜合利用過程廢渣，廢液和廢氣的循環(huán)利用問題，確保在綜合利用過程不產(chǎn)生新的污染。走環(huán)境效益與經(jīng)濟效益高度統(tǒng)一的路子，實現(xiàn)石棉尾礦綜合利用的高水平化、高附加值化、全元素化和無害化。
　　3、綜合利用研究與產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀
　　3.1研究現(xiàn)狀
　　多年來，有關(guān)院校、科研院所對其綜合利用途徑和工藝進行了廣泛研究，發(fā)表了不少文章，產(chǎn)生了不少專利。如：
　　公開號為CN1422808A的專利申請，提出了用蛇紋石制取輕質(zhì)氧化鎂、白炭黑及回收硫酸銨的方法。該工藝將蛇紋石酸浸后過濾，溶液經(jīng)中和、氧化除雜，再經(jīng)碳化、煅燒制取輕質(zhì)氧化鎂，固體二氧化硅與濃度為20～40%的燒堿液反應(yīng)制取水玻璃，再將水玻璃經(jīng)兩步酸調(diào)生成白炭黑，堿式碳酸鎂的過濾液經(jīng)兩步蒸發(fā)可回收硫酸銨。該工藝所制備的是普通工業(yè)氧化鎂、沉淀法白炭黑。工藝過程沒有對鎳、鐵、鈷資源進行綜合利用，而且從碳酸鎂母液中采用蒸發(fā)的方式收得硫酸銨存在著耗能過高的問題。
　　公開號為CN 1597154A的專利申請，提出了一種石棉尾礦綜合利用的方法。該方法是將石棉尾礦粉碎后加酸溶解并過濾洗滌；對濾液進行氧化，加入適量的堿，充分反應(yīng)后過濾除去氫氧化鐵；然后在濾液中加入堿并加入表面處理劑，反應(yīng)完全后過濾、干燥、打散，得超細活性氫氧化鎂產(chǎn)品。再將酸溶殘渣加堿溶解并過濾洗滌，濾液加酸沉析和加入離子阻隔劑以防止顆粒團聚，然后陳化、過濾、洗滌、干燥、打散，得超細二氧化硅產(chǎn)品。將氫氧化鐵煅燒得氧化鐵產(chǎn)品。堿溶尾渣加入氧化鐵等助劑制取彩磚。該工藝制備超細活性氫氧化鎂過程中溶液除雜部分采用氧化中和法除鐵，該法以堿為沉淀劑，沉淀過程會造成鎂、鐵、鎳的共沉淀，不僅會造成鎂、鎳資源的大量流失，而且無法制得合格的氧化鐵產(chǎn)品。此外，由于工藝過程沒有對溶液中的其它雜質(zhì)做去除處理，因此所制得的氫氧化鎂產(chǎn)品純度指標不易控制。
　　公開號為CN 101250622A的專利申請，提出了一種蛇紋石礦的全濕法綜合處理方法。該方法用硫酸為浸取劑，以鹵化物為活化劑，使蛇紋石中的硅成氣相鹵化物形式分解逸出，再經(jīng)銨化氧化制成氣相白炭黑產(chǎn)品，讓浸取的鎂、鐵、鎳、鉻成硫酸鹽形式進入溶液，經(jīng)一次堿化沉淀脫雜制鉻精礦，二次堿化沉淀脫雜制鐵精礦，三次硫化沉淀轉(zhuǎn)化制硫酸鎳，四次碳化沉淀轉(zhuǎn)化制透明碳酸鎂及活性氧化鎂；酸解硫化沉鎳反應(yīng)發(fā)出之硫化氫以燒堿吸收為硫化鈉返回沉鎳循環(huán)使用；碳化沉鎂之母液硫酸銨濃縮結(jié)晶成副產(chǎn)品工業(yè)硫酸銨。該工藝存在以下局限性，一是以氨水作為PH值調(diào)節(jié)劑去除溶液中的鐵，會因溶液局部堿性過強而造成鎂、鎳元素的共沉淀，所獲得的含鐵沉淀物其實質(zhì)上是鎂、鐵、鎳元素的共沉淀物。含鐵沉淀物鐵品位難以達到鐵精礦質(zhì)量要求；二是經(jīng)過三次除雜，即沉鉻、沉鐵、沉鎳后所獲得的硫酸鎂溶液，其純度還不能滿足制備合格碳酸鎂的要求。也就是說，溶液除雜過程不夠完整；三是對碳酸鎂母液的處理方式是通過蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶收得硫酸銨產(chǎn)品，存在著能耗過高的問題。
　　公開號為CN 101456565A的專利申請，提出了一種含鎳蛇紋石活化酸浸制備氫氧化鎂納米粉體的方法。該方法以含鎳蛇紋石礦為原料，硫酸為浸出劑，黃鈉鐵礬法除鐵，硫化法除重金屬，NaOH溶液中和沉鎳，氧化劑和氨水溶液調(diào)節(jié)PH值陳化過濾除錳，以氨水或氫氧化鈉溶液為沉淀劑，無水乙醇為穩(wěn)定劑和脫水劑，在30-55℃的溫度下進行超聲化學沉淀反應(yīng)，保溫陳化，離心分離、洗滌，微波干燥后制得粒徑為20-50nm粉體顆粒分布均勻的氫氧化鎂納米粉體。該工藝以無水乙醇為穩(wěn)定劑和脫水劑并采用超聲化學沉淀的方法，在工業(yè)化過程有一定的局限性。
　　申請?zhí)枮?01110020146的專利申請，提出了一種常溫常壓從蛇紋石中提取堿式碳酸鎂、氫氧化鐵、硫酸鈣的方法。該方法將蛇紋石粉碎與無機酸混合反應(yīng)至PH≈4.5固液分離，濾液加入一定量的氧化鎂除去鐵離子反應(yīng)終點PH≈7固液分離；固體為產(chǎn)品氫氧化鐵，濾液硫酸鎂液中緩慢加入氨水再加入一定量的碳酸氫銨反應(yīng)至終點，固液分離；固體為堿式碳酸鎂，濾液為硫酸銨溶液，硫酸銨溶液中加入一定量的氫氧化鈣中和反應(yīng)，固液分離；固體為硫酸鈣沉淀，濾液為氨水，氨水用于堿式碳酸鎂的沉淀。該發(fā)明采用氫氧化鈣處理堿式碳酸鎂母液收得氨水，會有大量的二水硫酸鈣產(chǎn)生，由于二水硫酸鈣純度不高，無商品價值。二水硫酸鈣的大量排放會對環(huán)境造成二次污染。同時，本專利所述的氨回收過程有重大技術(shù)失誤。
　　公開號為CN 101560603A的專利申請，提出了一種用蛇紋石礦物真空碳熱還原制備金屬鎂及副產(chǎn)品的方法。本發(fā)明以蛇紋石礦粉為原料，按照蛇紋石中的硅酸鎂被完全還原所需碳的理論量的1～2倍配入碳質(zhì)還原劑，并添加催化劑，混合均勻得到混合原料，將混合原料壓制成球狀或塊狀的球團并進行干燥。將干燥后的球團料裝入真空爐中，爐內(nèi)真空度控制在10～500Pa，升溫至500～700℃，保溫20～60min以脫去結(jié)晶水并使物料焦結(jié)；保持爐內(nèi)真空度，升溫至1200～1500℃，恒溫還原30～60min還原硅酸鎂及金屬鐵、鎳的氧化物。還原出的鎂蒸汽在鎂冷凝器上冷凝為結(jié)晶鎂，爐渣中的金屬鐵和金屬鎳通過磁選回收，經(jīng)過磁選的爐渣經(jīng)過脫碳提純后成為工業(yè)碳化硅。
　　專利號為ZL201310351060.3的發(fā)明專利，提出了一種蛇紋石綜合利用方法及其所用設(shè)備。本發(fā)明公開了蛇紋石的綜合利用方法及其所用的設(shè)備。其方法為：向蛇紋石中加入硫酸并加熱，后過濾得第一濾液和酸解殘渣；向酸浸殘渣中加入水和氫氧化鈉，再過濾得水玻璃；向第一濾液中加氧化劑；再加入pH值調(diào)節(jié)劑發(fā)生沉淀反應(yīng)，再過濾得鐵鋁混合物和第二濾液；向鐵鋁混合物中加入水和氫氧化鈉，后過濾得鐵沉淀物和偏鋁酸鈉溶液；向第二濾液中加入硫化物反應(yīng)，再過濾得鎳鈷混合物和第三濾液；向第三濾液中加入氧化劑反應(yīng)；后加入堿性吸附劑，再過濾得硫酸鎂溶液。其設(shè)備包括第一酸解槽，第一過濾機，堿解反應(yīng)器，鐵鋁沉淀反應(yīng)器，堿洗反應(yīng)器，鎳鈷沉淀反應(yīng)器，第二、三、四和五過濾機。本發(fā)明可將蛇紋石中的多種有價元素提取出來，所制得的產(chǎn)品為氫氧化鎂、氧化鎂、高分散白炭黑或超細白炭黑、電池級草酸亞鐵、鎳精礦等。本發(fā)明已于2012年通過中試研究和3000t/a級工業(yè)化生產(chǎn)試驗，在實踐中得到完善和提升，已發(fā)展成為一項具有較高實用價值的工業(yè)化技術(shù)。
　　2014年，發(fā)明人又以本發(fā)明為基礎(chǔ)，進一步開發(fā)出了由蛇紋石、石棉尾礦生產(chǎn)飼料級硫酸鎂、醫(yī)用食品級碳酸鎂、氧化鎂、高分散輪胎專用白炭黑、鐵系工業(yè)顏料、鎳鈷精礦和相配套的工業(yè)廢渣、廢水循環(huán)利用技術(shù)，并于2015年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
　　此外，于少明等在對現(xiàn)有蛇紋石綜合利用工藝流程所存在的問題進行分析的基礎(chǔ)上，研究了蛇紋石及流程加工工藝。
　　胡章文等提出以硫酸酸浸蛇紋石，在對浸出液進行凈化及表面活性劑存在的條件下，采用氨化法工藝制備針狀納米氫氧化鎂的方法。
　　符劍剛等研究了采用硫酸法從鎳蛇紋石中浸出Ni，Mg，提出了二段逆流浸出新工藝。
　　宋彬等研究了以蛇紋石尾礦為原料制備高純氧化鎂的新工藝，并考慮了粗硫酸鎂溶液凈化終點PH值的變化對樣品純度的影響。
　　陳虹等研究了以蛇紋石酸浸渣為原料制取白炭黑的工藝過程，分析了白炭黑產(chǎn)品的形貌和質(zhì)量。
　　但是，由于上述專利和文獻的理論色彩較濃，截止目前均未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。也就是說目前我國對蛇紋石資源綜合利用的研究僅僅處于理論和教學層面。工業(yè)實踐尚處空白狀態(tài)，缺少成熟的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗。
　　近年來，國內(nèi)學者對蛇紋石，石棉尾礦的綜合利用進行了一些研究，但卻存在著明顯的不足，主要表現(xiàn)在：
　?、贈]有對石棉尾礦的回收利用進行系統(tǒng)的理論研究，主要是反應(yīng)動力學的研究，不能對石棉尾礦的回收利用提供理論上的支持；
　?、谑菦]有對石棉尾礦(或者蛇紋石)的酸浸反應(yīng)進行優(yōu)化研究。酸浸反應(yīng)中使用酸的種類、用量、工藝條件不僅對反應(yīng)的效果有著重要的影響，而且對酸浸出液的除雜凈化處理造成不利的影響，增加堿的用量。因此，對酸浸反應(yīng)的優(yōu)化是高效利用蛇紋石和石棉尾礦的前提條件；
　?、凼菍鲆汉退峤睦脹]有進行最佳工藝條件試驗，沒有找出實現(xiàn)各有價元素有效分離及產(chǎn)品純度控制的正確方法。各有價元素有效分離及產(chǎn)品純度的控制是實現(xiàn)石棉尾礦全元素綜合利用的核心技術(shù)。
　?、苁窃诖_定產(chǎn)品方向時，忽視了國內(nèi)外市場的現(xiàn)實需求，要么偏離市場需要，盲目追求高附加值產(chǎn)品的制備；要么所制備的產(chǎn)品市場飽和或應(yīng)用價值不高，影響了工藝的經(jīng)濟性、合理性與實用性；此外，一些研究及專利提出的工藝思路先天不足，不能應(yīng)用于工業(yè)實踐。所制得的產(chǎn)品不合格，在實踐上走不通，從而阻礙了石棉尾礦綜合利用的產(chǎn)業(yè)化進程；
　　⑤淡化應(yīng)用研究，學術(shù)腐敗盛行。絕大部分研究成果及專利未進行中試研究和工業(yè)試驗，在工業(yè)化過程中常常出現(xiàn)重大技術(shù)障得，給投資方造成重大損失。
　　3.2產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀
　　近幾年來，國內(nèi)一些單位雖然也開展了以蛇紋石(石棉尾礦)制備鎂、硅、鎳、鐵化合物的工業(yè)實踐活動，但多因工藝缺陷而陷于失敗。如山西太原某公司曾從事過以蛇紋石制備高純氧化鎂、副產(chǎn)多孔狀強吸附劑生產(chǎn)技術(shù)的研究，而且在太原建設(shè)了年產(chǎn)150噸高純氧化鎂的小型試驗裝置。但由于沒有對蛇紋石中的鐵、鎳資源進行綜合利用，所謂的多孔狀強吸附劑，其實質(zhì)是多孔二氧化硅，投放市場后不僅沒有獲得市場的認可，而且產(chǎn)品本身的附加值較低。同時由于所開發(fā)的工藝沒有解決氧化鎂制備過程工藝廢水的綜合利用問題，因此陷于失敗，目前已處于倒閉狀態(tài)。四川會理某公司采用某大學技術(shù)，于八年前建設(shè)了一套從富鎳蛇紋石礦中提取鎳精礦生產(chǎn)裝置，但由于沒有解決好原礦分解、鐵元素分離過程鎳損失控制等關(guān)鍵技術(shù)，鎳綜合回收率低于47%，而且對鎂、鐵、硅資源沒有進行綜合利用，項目陷于失敗。2008年，甘肅阿克塞某公司采用某大學專利技術(shù)建設(shè)了一套以酸浸法處理石棉尾礦生產(chǎn)超細白炭黑和高純氫氧化鎂的中試裝置。運行結(jié)果證明，所產(chǎn)白炭黑純度只有74%，氫氧化鎂純度只有86%。產(chǎn)品因不合格而不具有任何商品價值，項目停產(chǎn)至今，損失額高達8000萬元。2011年，云南某地開工建設(shè)一條以蛇紋石制備氣相法白炭黑、碳酸鎂、硫酸鎳和鐵、鉻精礦的中試裝置。但到目前為止未見后續(xù)報道。2012年，香港某公司采用某大學技術(shù)，在內(nèi)蒙古開工建設(shè)一套年處理能力為2萬噸（報道為10萬噸）原礦的蛇紋石綜合利用裝置，該項目的產(chǎn)品方向為超細氫氧化鎂、氧化鎂、多孔二氧化硅、鎳鐵混合物和元明粉。但項目開工后發(fā)現(xiàn)有重大工藝缺陷而中途停建。
　　南陽東方應(yīng)用化工研究所在開發(fā)出蛇紋石、石棉尾礦綜合利用技術(shù)的基礎(chǔ)上，為提高研究成果的實用性、可靠性，于2011年投資千萬于桐柏建設(shè)了南陽硅酸鹽類礦物綜合利用產(chǎn)業(yè)化試驗基地，建成多功能中試線和年處理原礦3000噸的小型工業(yè)化試產(chǎn)裝置各一套，以進行中試研究和工業(yè)化生產(chǎn)驗證，使工藝不斷得到完善和提高。
　　自2011年以來，受資源方的委托，南陽東方應(yīng)用化工研究所先后進行了八次以甘肅肅南、新疆托里縣、內(nèi)蒙古蘇尼特左旗、江西弋陽、四川會理、四川石棉、湖北宜昌等地蛇紋石、石棉尾礦、鎂橄欖石礦綜合利用中試和四次小型工業(yè)化生產(chǎn)驗證，使所開發(fā)的工藝技術(shù)不斷得以完善并走向成熟。
　　2012年9月，南陽東方應(yīng)用化工研究所開發(fā)的以蛇紋石（石棉尾礦）生產(chǎn)碳酸鎂、氫氧化鎂、氧化鎂、高分散性輪胎用白炭黑、電池級草酸亞鐵或高純氧化鐵和鎳精礦新工藝被中國化工學會無機酸堿鹽專業(yè)委員會授予“技術(shù)創(chuàng)新獎”。2013年，又順利通過河南省科技廳組織的科學技術(shù)成果鑒定，被確認為省級科技成果；2014年，被南陽市科技局評為南陽市科技創(chuàng)新二等獎。