蓝晶石、硅线石、红柱石。

蓝晶石矿物是一组无水铝硅酸盐矿物，包括蓝晶石、硅线石和红柱石。它们都是类质同象变体，化学式为Al _ 2 SiO _ 5，Al _ 2O _ 3 62.92%，SiO _ 2 37.08%。这个矿物家族的名称在各国之间并不统一。前苏联称蓝晶石矿物，澳大利亚称硅线石矿物，法国称红柱石矿物。在非金属矿物和耐火材料的应用领域，特别是在耐火材料方面，我国为方便起见，将蓝晶石、红柱石和硅线石并称为三大矿物。

这三种石头都属于变质矿物。红柱石常产于浅变质地层中，由富铝泥质或泥质沉积变质作用形成。蓝晶石是泥质沉积岩经深部区域变质作用产生的，形成时温度和压力较高。硅线石一般产于中等变质地层中。因为这三种矿物的地质作用不同，矿物性质也不同。表3-4-1列出了石三矿物的特性。

石三矿物在高温下可不可逆地转化为莫来石和二氧化硅，并伴有体积膨胀等特性，是不定形耐火材料中重要的膨胀剂。在矾土基原料中加入石三(添加物)增加了莫来石含量，形成了良好的莫来石网络，改善了材料的显微结构。因此，石三已成为重要的耐火原料。

表3-4-1蓝晶石族矿物的性质

二。石三矿产资源概述

1.世界石三矿产资源

世界(不包括中国)石三矿产储量* * * 3.8亿t，其中蓝晶石1.08亿t，红柱石1.75亿t，硅线石9700万t(见表3-4-2、表3-4-3、表3-4-4)。

表3-4-2确定世界各国和地区的红柱石资源

表3-4-3世界各国和地区硅线石资源的识别

表3-4-4世界蓝晶石资源

从上面列出的三个表可以看出，南非、美国、法国、印度、巴西、前苏联等国家是世界上重要的三大石材资源国和三大石材生产国。其中，南非是世界上最重要的红柱石生产国和出口国。南非的红柱石矿床集中在德兰士瓦省的grotte Mariku、Sabazia和Lidanboji地区。其中萨巴齐亚的滕鲍尔矿是世界上最大的红柱石矿，红柱石质量好。红柱石精矿含Al2O3 359.5%，Fe2O3+TiO2≤1.3%。分为0.5 ~ 4 mm、0.1 ~ 1 mm、< 0.147 mm三个粒级，年产量654.38+万~ 654.38+20万t，南非红柱石精矿主要出口意大利、德国、英国。

美国是世界上第二大石三矿物生产国，其主要产品是蓝晶石。弗吉尼亚蓝晶石矿业公司生产的精矿含Al2O361.8%，fe2o 3 < 0.6%；它分为四个部分:< < 0.295毫米，< < 0.147毫米，< < 0.074毫米和< 0.043毫米..蓝晶石精矿年产量约9万吨，主要销售市场为西欧、远东和南美。

法国的红柱石产量仅次于南非。矿床集中在布列塔尼矿区。KA级精矿含Al2O359.0%，KB级Al2O353%。

印度是亚洲三石的主要生产国，主要生产蓝晶石和硅线石。精矿产品在1977之前出口到很多工业化国家，现在几乎停止出口。手选蓝晶石精矿Al2O3为58.59%、54.55%、50.8%，平均铁含量< 0.7%，碱含量< 0.45%。块状硅线石的Al2O3含量> 61%，fe2o 3 < 1%。

巴西蓝晶石精矿年产量为654.38+50万~ 2万t。

瑞士是欧洲重要的蓝晶石生产国，精矿年产量65，438+50万吨。

2.中国石三矿产资源

中国石三矿产资源丰富，其分布见表3-4-5。

表3-4-5石三在中国的分布

①现有的浓缩产品。

根据原地矿部对非金属矿床的分类，大、中、小蓝晶石矿产储量如下:大型矿床应在200万t以上；50万~ 200万吨中型矿床；小额存款50万t以下

根据上述分类，中国已发现的大型石三矿床如下。

蓝晶石:河南南阳市阴山、江苏沭阳县寒山、新疆布拉格等。

红柱石:新疆拜城、库尔勒，辽宁岫岩-凤城，桑平乡羊奶沟，河南西峡等。

硅线石:黑龙江鸡西-林口，河南西峡-内乡-镇平-叶县，福建莆田，内蒙古土贵乌拉等。

河南南阳石三种类齐全，均为大型矿床，储量丰富，矿石品位高。它被称为中国石三矿产开发的“金三角”地区。

三、石三精矿的工艺特点

精矿产品的化学成分直接影响其耐火度、膨胀率以及各种产品的性能。为了使耐火制品在高温下具有良好的性能，对精矿的化学成分有严格的要求，特别是铝、铁、钛和碱金属的含量。

现行国家行业标准YB4032-91(表3-4-6)对蓝晶石、硅线石和红柱石的分类、代号和等级规定如下:

表3-4-6蓝晶石、硅线石和红柱石的理化指标(YB4032-91)

注:如买方对质量有特殊要求，由供需双方协商。

1)产品按矿物结构分为蓝晶石、硅线石和红柱石；

2)蓝晶石精矿用“蓝”和“精”的汉语拼音字母“LJ”编码，蓝晶石精矿按Al2O3含量分为LJ-58和LJ-55；

3)硅线石精矿以“Si”和“Jing”的汉语拼音字母“GJ”编码，按Al2O3含量分为58和54两个品牌；

4)红柱石精矿以“红”和“精”两个汉语拼音字母“HJ”编码，按Al2O3含量分为三个等级:58、55、52。

产品粒度由供需双方决定。

目前，国内石三精矿含55% ~ 56% Al2O3和< 1.5% Fe2O3。少数工厂能生产57% ~ 59%的Al2O3，Fe2O3≤1%。

国内外蓝晶石矿产品的理化性质分别见表3-4-7和表3-4-8。

表3-4-7中国蓝晶石矿产品的物理化学性质

表3-4-8国外蓝晶石族矿物产品的理化性能

在加热过程中，蓝晶石矿物不可逆地转化为莫来石(3Al2O3 2SiO2)和二氧化硅的混合物。这种转变称为莫来石，其表达式如下:

3(al2o 3·SiO 2)→3al2o 3·2 SiO 2+SiO 2

假设加热后的蓝晶石矿物的纯度为理论值，根据转化前后物质的分子量，理论转化率为87.64%，即:

河南省非金属矿产开发利用指南

实际上，我国蓝晶石精矿的Al2O3含量普遍低于理论值，天然莫来石的转化率也随之降低。各品位精矿与莫来石转化率的对应关系见表3-4-9。

表3-4-9蓝晶石精矿与莫来石转化率的关系

市场上销售的石三精矿的Al2O3含量实际上是TAl2O3含量，即精矿中所有含铝矿物中Al2O3的总和。与莫来石转化率相关的是精矿中石三矿物的Al2O3含量，即SAl2O3。

在加热过程中，石三精矿的起始温度、完全莫来石化温度、转化率和线膨胀率不仅与精矿中石三矿物的含量即纯度密切相关，还与杂质的组成和含量以及精矿的粒度有关。当化学成分确定后，主要取决于精矿的粒度。大量实验表明，膨胀率与颗粒大小呈正相关。以蓝晶石精矿为例，表3-4-10列出了粒度与转化温度的关系；表3-4-11列出了粒度与膨胀率的关系，图3-4-1用图形表示了表3-4-11。

表3-4-10蓝晶石族精矿分解温度示例

不同粒度蓝晶石精矿的线膨胀率%

注:样品φ10×25mm圆柱体。

图3-4-1蓝晶石精矿线膨胀率

人们使用石三矿物，主要是因为它们受热时不可逆地转变成莫来石和二氧化硅，并伴有体积膨胀，作为特种耐火原料。因此，对石三精矿的纯度、粒度、杂质成分和含量都有严格的要求。

四。石三矿物的选矿

蓝晶石矿物属于难选硅酸盐矿物，几乎采用了所有的选矿方法，如手工精选、选择性磨矿、浮选、重选、磁选等。

石三矿石主要有两种浮选工艺:酸性浮选和碱性浮选。两种浮选工艺方案都与矿物表面的电性和浮选药剂体系有关。石三矿石的浮选主要解决石三矿物与应时、长石、云母等脉石矿物的分离。蓝晶石矿在酸性介质中浮选时，矿浆的最佳pH值为3.5 ~ 4.5(用硫酸或氢氟酸调节)，捕收剂为石油磺酸钠或烷基苯磺酸钠。酸性工艺具有选择性好、清洗操作少、浮选终点明确、浮选温度适应范围广等优点，但由于耗酸量大，容易造成设备腐蚀和环境污染。在中性和碱性介质中浮选时，矿浆的最佳pH值在8 ~ 10之间(用碳酸钠和氢氧化钠调节)，捕收剂为脂肪酸及其皂类，如油酸和氧化石蜡皂。抑制剂有水玻璃、乳酸或甲酸、羧甲基纤维素(CMC)、焦磷酸钠等。使用脂肪酸作为捕收剂时，要求矿浆温度在30℃左右。

蓝晶石选矿常采用磁选。一是用作回收或去除磁性矿物的原料制备。二是用于精矿再加工，去除精矿中的有害杂质。表3-4-12列出了石三矿物和脉石矿物的比磁化系数。

表3-4-12石三矿物的等比磁化系数

1.蓝晶石矿石的选矿

以南阳开元蓝晶石矿选矿厂为例。该厂所用矿石为银山蓝晶石矿，矿石类型为蓝晶石石英岩、片状绢云母蓝晶石石英岩、片状褐铁绢云母蓝晶石石英岩、块状蓝晶石、块状蓝晶石黄玉。矿石中蓝晶石矿物含量约为15% ~ 20%，应时60% ~ 70%，绢云母3% ~ 10%。TiO2主要来自金红石矿物，在矿石中约占1%。金红石嵌布粒度较细，0.05mm以下占80%，10 ~ 20微米约占50%。蓝晶石中含有部分细粒金红石，增加了精矿中二氧化钛还原的难度。对耐火材料影响较大的K2O+Na2O来自云母矿物，这些矿物具有良好的可选性。蓝晶石广泛存在于高岭石、绢云母和叶蜡石中，因此有必要提高磨矿细度。矿石中的黄玉和蓝晶石难以分离，增加了选矿的难度。南阳开元蓝晶石采用碱法浮选，其原理流程如图3-4-2所示。

图3-4-2南阳开元蓝晶石选矿原理流程

南阳市开元蓝晶石矿蓝晶石精矿品位见表3-4-13。

表3-4-13蓝晶石精矿品位

美国C-E公司的Grace蓝晶石选矿厂、蓝晶石矿业公司的East Ridge蓝晶石选矿厂、商业矿石公司的蓝晶石选矿厂和中国河北鲁伟的蓝晶石选矿厂均采用浮选-磁选(或磁选-浮选)联合流程。美国东岭蓝晶石选矿厂工艺流程见图3-4-3。

图3-4-3美国东岭蓝晶石选矿厂工艺流程

美国爱达荷州蓝晶石重选-浮选联合流程见图3-4-4。

图3-4-4美国爱达荷州蓝晶石选矿工艺流程图

2.硅线石选矿

内乡县七里坪是河南省主要的硅线石产地。选矿过程是磁选和浮选的联合过程(图3-4-5)。首先通过磁选除去大量脉石矿物，如黑云母、石榴石和赤铁矿，以提高浮选品位，减少杂质矿物对浮选过程的干扰。在浮选操作中，首先在自然pH条件下除去对硅线石精矿质量影响较大的可浮矿物，然后在碱性介质条件下用癸酸捕收剂浮选硅线石。内乡县通途硅线石选矿厂精矿指标见表3-4-14。

图3-4-5内乡硅线石选矿流程图

表3-4-14河南省内乡县通途硅线石厂精矿

鸡西硅线石选矿原理流程见图3-4-6，精矿指标见表3-4-15。

图3-4-6鸡西硅线石选矿主要流程

表3-4-15黑龙江鸡西硅线石精矿

3.红柱石矿的选矿

以河南西峡红柱石选矿厂为例。这个选矿厂的矿石是西峡羊乃沟的矿石。羊乃沟红柱石矿石简单，主要为红柱石斑状黑云母石英片岩。矿石中的红柱石、石榴石和十字石呈斑状晶体，应时和黑云母构成基质。矿石以斑状变质结构为主，但红柱石斑状晶体与基质嵌布牢固，单体难以解离。红柱石中有黑十字碳质包裹体，这种黑十字的比磁化系数与红柱石相似。同时，红柱石和脉石矿物的相对密度相近，红柱石为3.1 ~ 3.2；十字石3.74 ~ 3.83，炭黑十字2.74 ~ 2.85。这些问题增加了选矿的难度。但矿石的物质成分相对简单，红柱石晶体粗大，结晶良好，自柱状，多为蓝晶石。采用洗矿-手选-重选-强磁选工艺流程。西峡红柱石选矿原理流程见图3-4-7，精矿指标见表3-4-16。

图3-4-7西峡红柱石选矿主要流程

表3-4-16河南西峡红柱石精矿品位

国内粗晶红柱石产地为南疆的拜城、库尔勒，其选矿与西峡红柱石选矿厂相似。一般采用重选-磁选工艺，主要选矿方法有跳汰、重介和摇床。

细粒红柱石通过浮选回收。在浮选过程中，阴离子捕收剂有油酸、异羟肟酸和石油磺酸钠。阳离子捕收剂为十二胺乙酸盐，多在酸性或弱酸性矿浆中进行。强磁选工艺用于分离铁矿物。

美国北卡罗来纳州的Cerro矿业公司和南非的一些红柱石选矿厂都采用重磁联合工艺。南非托兰Subaru红柱石选矿厂工艺流程见图3-4-8。

图3-4-8南非托兰Subaru红柱石选矿厂工艺流程

动词 （verb的缩写）石三矿物的应用

由于石三矿物在高温下不可逆地转化为莫来石和二氧化硅，并伴有体积膨胀，因而成为重要的耐火原料。中国石三矿物的开发应用见表3-4-17。

表3-4-17石三在中国的发展和应用

继续的

我国铝土矿资源丰富，但我国铝土矿原料杂质含量高，Fe2O3+TiO2+RO+R2O约为7%。其中TiO2含量约为3.5%，西南高钛型铝土矿中TiO2含量较高。杂质含量高，高温易熔化，低温形成液相。TiO2含量高，形成的液相粘度低。材料相中玻璃相和刚玉含量高，莫来石含量少，影响产品的高温性能和使用温度，特别是不能生产低蠕变耐火制品。

在铝矾土原料中加入“三石”(添加物)，增加了莫来石晶相的含量，特别是在基质部分，在莫来石化过程中形成了良好的莫来石网络，改善了材料的显微结构。因此，耐火制品的高温性能、高温强度和重烧收缩率得到了明显提高，开发出了低蠕变砖、高负荷软砖、高热震砖等多种氧化铝基高效耐火材料和新产品。特别是各种低蠕变砖，如硅线石低蠕变砖、红柱石低蠕变砖、蓝晶石低蠕变砖，明显提高了热风炉用砖的高温体积稳定性。

不定形耐火材料，也称块状耐火材料，是一种新型的免煅烧耐火材料。不定型耐火材料是耐火骨料、粉末、粘合剂或其他添加剂的混合物。粗晶红柱石是不定型耐火材料的骨料，决定着不定型耐火材料的物理力学性能和高温使用性能，也是决定材料性能和应用范围的重要依据。红柱石和硅线石精矿用作粉末，是基体材料。蓝晶石是不定型耐火材料的良好膨胀剂，它可以减少材料在高温下的收缩，防止结构剥落，因为与莫来石过程相关的体积膨胀是最大的。耐火骨料和粉料的粒度要求见表3-4-18和表3-4-19。

表3-4-18硬粘土集料和粉末的物理化学性质和粒径(YB2214-78)

表3-4-19高铝骨料和粉料的物理化学性质和粒度(YB2215-78)

对于石三选矿厂来说，必须根据应用单位的要求生产出合格的精矿，不仅对精矿成分有严格的要求，对精矿的耐火度和粒度也有相应的要求。

第二章论述了河南石三矿选矿工艺中存在的问题。由于选矿过程中还有一些技术问题没有解决，选矿成本高，选矿厂经济效益差。

主要参考文献

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