建材用花岗岩废料综合利用试验研究

魏付帅 郝小非

中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所（450006）

0 前言

花岗岩质地坚硬，颜色美观，不易风化，广泛应用于高级建筑装饰工程、大厅地面和路边装饰石板等方面；但进行花岗岩加工时，产生大量的花岗岩废料，花岗岩废料中含有长石、石英资源，是玻璃、陶瓷工业的重要原料；如果直接丢弃，不仅占用了大量的土地，还造成了资源的浪费；因此，对于花岗岩废料的开发利用具有重要意义。毛宇晖[1]等利用花岗岩废料与黏土混合制作了新型墙体材料，其制备的花岗岩砖的主要性能超过普通黏土砖；赵更歧等[2]利用花岗岩废料制备了加气混凝土砌块，经检测,抗冻性与耐久性符合规范规定标准；郝小非等[3]研究了河南方城花岗岩型长石矿的组成以及矿石氧化铁含量与产品白度的关系,并分析了在不同脱泥粒度、磨矿细度、磨矿浓度、磁场强度条件下,花岗岩型长石矿精矿中氧化铁含量的变化情况；研究认为氧化铁含量越低，白度越高；曾利群等[4]研究了深圳地区风化花岗岩渣土，发现深圳地区工程渣土是一种含石英、长石、高岭土和黑云母的风化花岗岩土，通过 X 射线荧光(XRF)、X 射线衍射(XRD)和标准水泥胶砂强度等方法研究了利用风化花岗岩渣土制备机制砂和矿物掺和料的可行性；研究认为深圳地区工程渣土经加工处理可以作为经济效益良好的建筑材料。王少阳等[5]研究了利用花岗岩废料制备闭孔泡沫陶瓷的工艺，以碳化硅为发泡剂，制备的泡沫陶瓷体积密度为237.4 kg/m3，抗压强度为 0.85 MPa，抗弯强度为 0.42 MPa，孔隙率为83.31%，吸水率为2.21%，热导系数为0.051 W/（m·K）。研究认为此种泡沫陶瓷在建筑保温领域具有良好的应用前景。

1 花岗岩废料的矿物组成特征

花岗岩废料取自河南南阳，主要矿物组成为长石、石英，杂质矿物为白云母、黑云母、磁铁矿和褐铁矿，由于这些染色杂质会严重影响建材陶瓷产品的色泽及硬度，因此必须进行脱除。通过工艺矿物学鉴定查明其主要矿物为石英和长石，石英含量在35%左右，它形粒状，薄片中无色透明，正低突起，一级灰白干涉色，可见波状消光，粒径为0.5～2 mm，平均粒径1 mm（如图1 所示）；钾长石含量在28%左右，多呈自形、半自行板状呈半自形-他形板状，颗粒较大者自形程度较好，薄片无色，负低突起，最高干涉色一级灰白，可见格子双晶、 卡巴双晶，粒径0.5～2 mm（如图2 所示）；斜长石:含量在 32%左右，呈半自形-他形板状，薄片中无色，正低突起，最高干涉色为一级灰白，聚片双晶发育，粒径为0.05～2 mm，平均粒径1 mm（如图3 所示）；其杂质矿物主要为黑云母、白云母、褐铁矿、磁铁矿。黑云母含量约3%，粒径0.1～1 mm，薄片中褐色，呈鳞片状，不规则状分布，多色性吸收性显著，近平行消光。平均粒径0.5 mm；白云母含量约1%，薄片中无色，鳞片状，呈脉状分布于条纹长石的裂隙中，近平行消光，鲜艳干涉色平均粒径0.09 mm 褐铁矿、磁铁矿约占1%。

图1 石英光性特征（波状消光）

图2 钾长石光性特征

图3 斜长石光性特征（聚片双晶）

2 选矿提纯方案设计

根据该花岗岩废料的工艺矿物学分析可知，钾长石或钠长石较低，石英含量高，其K2O 含量5%~7%、Na2O 含量 3%~4%，SiO2含量 66%~77%，如果考虑首先进行降硅提高钾钠含量，然后再进行除铁的工艺方案，可显著提高有用矿物含量，提升市场销售前景，但存在方案选矿成本高，选矿过程使用的浮选药剂会产生二次污染等问题，因此，考虑直接进行除铁工艺方案。目前，国内外除铁工艺有磁选、酸浸、浮选工艺，但酸浸、浮选同样会产生二次污染，故而选择直接磁选除铁的工艺方案。

3 工艺路线

工艺路线如图4 所示。原矿经过破碎制备成小于2 mm 的颗粒，然后进行磨矿、脱泥、磁选试验。在试验过程中选择不同的脱泥粒度、磨矿细度、磁选强度进行条件试验，依据产品的烧成白度选择出最佳试验条件（烧成白度为1 200 ℃，保温30 min 测试的白度）[3]。

图4 技术路线图

4 试验

4.1 脱泥粒度试验

在磨矿细度小于150 μm 时，磁场强度10 000 Gs 条件下，选择不同的脱泥粒度进行试验，其产品的产率和烧成白度见表1。

表1 不同脱泥粒度条件下产品的产率和烧成白度

4.2 磨矿细度试验

在保持脱泥粒度38 μm，磁场强度10 000 Gs条件下，选择不同的磨矿细度进行试验，其产品的产率和烧成白度见表2。

表2 不同磨矿细度条件下产品的产率和烧成白度

4.3 磁选强度试验

在保持脱泥粒度38 μm，磨矿细度小于150 μm，选择不同的磁场强度进行试验，其产品的产率和烧成白度见表3。

表3 不同磁场强度条件下产品的产率和烧成白度

4.4 产品检查分析

选择脱泥粒度38 μm，磨矿细度小于150 μm ，磁场强度10 000 Gs 条件下，最终获得试验产品的Xrd 分析结果、烧成白度与样品的情况见表4、图5。

表4 Xrd 衍射分析结果

图5 产品烧成小饼和体式镜下产品外观图

5 结果与讨论

1）从表1 可知，脱泥粒度大时，由于烧成白度较高的部分较细粒产品被脱去，而染色杂质矿物与较大颗粒未解离，导致烧成白度低；脱泥粒度小时，由于烧成白度很低的细粒产品中染色杂质矿物高，未能充分脱除；当脱泥粒度为0.038 mm，产品白度较好。

2）从表2 可知，磨矿细度较细时，含铁矿物易泥化，磁选过程夹杂严重，使产品烧成白度低；磨矿粒度较粗时，含铁矿物和主要成分未充分解离，使产品烧成白度低；综合产品产率情况，当磨矿细度小于150 μm，产品的产率和产品白度较好。

3）从表3 可知，磁选强度低时，染色杂质未能充分脱除，磁选强度大时，染色杂质会合主要成分一起被脱除，磁选强度为10 000 Gs 时，产品白度较好。

4）从表4 和图6 可知，最终产品主要组成矿物为长石与石英，基本未发现染色杂质成分，烧成小饼表面光滑，已瓷化，无黑点，表明经过简单加工后的花岗岩废料白度大，染色杂质矿物少。

5）试验最佳条件为脱泥粒度38 μm，磨矿细度小于150 μm ，磁场强度10 000 Gs，所得产品指标符合陶瓷企业抛光砖或陶瓷坯料要求。

6 展望

河南有丰富的花岗岩资源，在进行花岗岩板材加工时产生的废料较多，对其进行二次资源利用，使其变废为宝，技术可行，资源有保障。至于具体的开发利用方向，应根据矿石自身实际情况和周边市场需求情况，选择合适的加工工艺。