如何利用硅石开发耐火材料
一、项目提出的背景
“硅线石精矿粉”属冶金行业不可替代的耐火材料，行业称之为“耐火材料之王”——“硅线石精矿粉”。广泛使用航天、核工业、冶金、建材、玻璃等产业部门。
二、目前的技术开发情况
目前世界上“硅线石精矿粉”的生产技术，美国处于领先地位，精矿含硅线石95%以上，矿物回收率90%以上。而我国厂家大部分依靠省857研究所（现国土资源厅、地质矿产综合利用研究所）的碱式浮选小试技术和西安冶金建材研究所的酸式浮选小试技术，没有成熟的规模化生产技术。精矿回收率只能达到56%以上，矿物回收率只能达到75%以上，且传统工艺要经过酸处理，才能把Fe2O3降低到1.5%以下。产量低、成本高，制约着我国的矿物综合利用和企业发展。
我院致力于“硅线石精矿粉”的生产、研究和应用，综合分析矿物资源物相及伴生物存在状况，利用磁选、化选、重选相结合的方法，大胆地改造原省地矿研究所设计工艺及流程。已投资400万元在一边生产一边研究的同时，通过模拟生产变换各工艺流程的控制指标，改进浮选药剂，使规模化生产技术水平有所提高。目前，某耐火材料有限公司可达到年生产3000吨“硅线石精矿粉”，产品矿物回收率85%以上，产品合格率100%的生产技术水平。但由于该企业一次性投入资金太多，又通过工艺、技术实验这一成熟过程，使企业目前流动资金紧缺，导致企业处于半停产状态，急需解决流动资金问题。
三、现有规模和市场形势及国家产业技术政策
目前，世界上生产“硅线石”的国家只有美国、南非、澳大利亚和我国。全靠进口使用的国家有原苏联、日本、德、法、英、荷兰、南韩等钢铁工业和航天、核工业大国。据统计，每年世界“硅线石精矿粉”销售市场在逐年猛增。
我国现有生产规模为年产15000吨“硅线石精矿粉”，而市场每年需求在60000吨以上，按我国每年生产耐火材料和制品3000万吨的0.02%计算，生产规模远远小于使用规模，销售市场形势为求大于供。
我国也相应制定了“硅线石精矿粉”的各项理化指标：
硅线石的理化指标：
表三：硅线石的理化指标
项目    
指标
硅线石
GT——58    
GT——54
AL2O3﹪不小于    
58    
54
Fe2O3不大于    
1.0    
1.5
F3O2不大于    
1.0    
1.0
K2O＋Na2O﹪不大于    
0.5    
1.0
灼碱﹪不大于    
1.5    
1.5
耐火度°C不小于    
1790    
1750
水份﹪不大于    
1    
1
线膨胀率（1500oC）﹪    
必须进行此项检验，将实验数据质量证明书中注明
[中国21世纪议程]制订了某非金属矿产〈硅线石〉资源开发与利用的目标和要求。
四、项目产品的主要用途、性能：
该项目产品——“硅线石精矿粉”，因其耐高温（1790℃），不可逆，稳定性好，可进一步加工成高铝砖、一次性浇注料、不定型耐火材料，经锻烧还可转变为莫来石或直接用硅铝合金生产。广泛用于冶金、航天、核工业、玻璃、陶瓷等支柱产业。在耐火材料行业称之为“耐火之王”。其主要性能为：
硅线石的化学组成为AL[ALSiO5]，其中SiO237.7%，AL2O362.3%，成分比较稳定，常有少量的类质同象混入物Fe3+代替铝，有时存在微量的钛、钙、镁和碱等混入物。
硅线石的晶体结构为斜方晶系，a0=0.743nm，b0=0.758nm，c0=0，Z=主要粉晶谱线：3.385（100），2.537，2.180，1.517，1.271（50）。
硅线石矿物有两个阳离子AL3+、Si4+。阳离子的配位数有6和4两种。前者构成铝氧八面体[ALO6]，后者构成铝氧四面体[ALO4]。[ALO4]四面体与阳离子Si4+构成的硅氧四面体[SiO4]交替排列，彼此共用一个氧离子形成链状，而[ALO6]八面体之间彼此共用两个氧离子（共棱）联接成另一种形式的链状。在结构中共有五条链，四条分布在角顶，一条在中央。这些八面体联结的链又通过与[ALO4]四面体联接起来。
阳离子Si4+的配位数是4，构成硅氧四面体[SiO4]。但在结构中，[SiO4]四面体之间彼此不联接，而是孤立存在的，它与阳离子AL3+形成的[ALO4]四面体彼此共用一角顶相间排列成链状。在结构中共有4条链，填充在5[ALO4]条八面体之间。但其中两条的[SiO4]和[ALO4]排列顺序与另外两条相反。即有两条链的排列是：[ALO4]-[SiO4]-[ALO4]-[SiO4]，另有两条链的排列是：[SiO4]-[ALO4]-[SiO4]-[ALO4]……。
上述两种链与[ALO4]八面体形成的链，平行排列，并相互衔接。原子间距：AL-O=0.161nm。
根据格林伍德的研究，硅线石晶体结构中四次配位的AL和Si在[ALSiO5]链中是无序的。
硅线石结构决定了它具有平行C轴延长的针状、纤维状的晶体形态及平行{010}的解理。
表四：硅线石的基本性质
硅   线   石
成分    
AL2O3 SiO2 AL2O3 62.92﹪（63.1﹪）,SiO237.08﹪（36.9﹪）
晶系    
斜方
品格常数    
a=0.744,b=0.759,c=0.575
结构    
链状
晶形    
长柱状，针状或纤维状集合体
颜色    
灰，白褐
密度/g.cm-3    
3.23~3.27
相对硬度    
6~7.5
解理    
沿﹛010﹜解理完全
折射率    
Ng=1.637~1.638,Nm=1.658~1.662,Np=1.654~1.661
光性    
（+）
比磁化系数    
0.29~0.03
电泳法零电点（PH）    
6.8
加热性质    
1500oC左右开始转变为莫平石
体积变化1%    
+7.2
硅   线   石
开始或快速转化温度1oC    
约1545
转化速度    
慢
转化所需时间    
长
转化后体膨胀率1%    
7-8
莫来石结晶过程    
在整个颗粒发生
莫来石结晶形态    
短柱状。针状
莫来石结晶大小/um    
3
莫来石结晶方向    
平行原硅线石晶面
表五：硅线石的高温转化性能
表六：硅线石的理化指标
项  目    
指     标
硅 线 石
GT---58    
GJ--54
AL2O31%不小于    
58    
54
Fe2O3/%不大于    
1.0    
1.5
TiO2/%    
1.0    
1.0
K2O+Na2o/%不大于    
0.5    
1.0
灼碱/%不大于    
1.5    
1.5
耐火度1oC不大于    
1790    
1750
水份1%不大于    
1    
1
线膨胀率（1500oC）1%    
必须进行此项检验，将实测数据质量证明书中注明
注：需方对质量有特殊要求时，由供需双方协商
五、项目实施的目的意义：
该项目的实施可填补某省“规模化生产硅线石精矿粉”空白，开发和利用我省“硅线石”资源，发挥资源优势，补充世界及我国“硅线石精矿粉”的需求市场，年可生产6600吨“硅线石精矿粉”；综合经济效益4042万元；年可减少固体废物排量22800吨；年可减少选矿废液排量40000吨；减少耐火材料锻烧废气排放8万立方米；矿产综合利用率提高50%，资源利用年限可延长150年。间接效益：减少耐火材料和钢铁企业的能源消耗；促进钢铁企业的品种、质量调整，为大型矿山提供无公害“规模化生产硅线石精矿粉”的生产技术。
六、项目主要开发内容和技术特点：
扩大“硅线石精矿粉”生产规模，主要是为了充分利用当地资源，生产出符合国家规定标准的合格产品——“硅线石精矿粉”，其技术特点主要有以下几点：
（1）取消传统的酸洗除铁、除杂工艺；
（2）使用PH值不大于或不小于7的矿浆进行生产，使所排放的废物废水不污染环境，不影响人畜吸水。
（3）改良和改进浮选使用的添加剂和浮选流程及方法，提回收率至85%以上的同时，降低成本，增加产量。
（4）提高产品品位和纯度，利用浮选、磁选、化选、重选相结合的方法降低Fe2O3及其它微量元素的含量。
（5）完善“规模化生产硅线石精矿粉”的工艺、技术及流程的各项控制指标。
第二章 技术可行性分析
一、项目的技术路线、工艺的科学性、合理性关键技术的先进性概述。
项目的技术路线为：
采矿→破碎→研磨→脱泥→除铁→除杂→粗选→精选→重选→烘干→除铁除杂→包装。
工艺的科学性就在于不使用酸洗的工艺除铁除杂，改进或改良浮选使用的添加剂，排放废物不污染环境。其合理性在于充分利用资源，降低生产成本，提高产量。
关键技术的先进性就在于：取消了酸洗除铁除杂工艺。一是酸浸效果受原矿组分变化，浮选产品质量、操作等因素影响大，而新工艺受这些影响小，产品质量稳定；二是新工艺不需要漂洗，节约资源和能源，减少废水排放；三是酸浸除铁劳动强度大且难以操作，更重要的是严重损伤设备，污染生产环境对操作人员有害；四是新工艺综合成本低，可降低成本15%以上；五是在生产工艺、流程过程中减轻浮选压力，提高产品回收率。为此该工艺技术的应用，可在我国处领先地位，填补我省空白。
二、项目产品性能水平与国内外产品的比较。
该项目产品的性能符合国家部令标准要求，满足各用户要求，可生产出“普通”、“一级”、“高纯”三个级别10个等级的产品。该项目产品的制品已出口日本等国家。深受我国“洛阳耐火材料集团公司”、“北京门头沟耐火材料有限公司”、“宝钢”、“首钢”、“湘钢”等单位青睐。与我国同类产品比较：一是色泽优于其它产品（纯银白色）；二是K2O+Na2O含量低于0.2%以下；三是粒度-2左右，粒度均匀，含黑云母极少，纯度高；四是耐火度及其稳定性都优于国内同类产品。
第三章 立项的成熟程度
一、项目发展的前期工作及技术基础：
对该项目的发展和实施，某耐火材料有限公司已建安设计了能力年产3000吨“硅线石精矿粉”生产线一条（由省地矿厅地矿研究所设计），及与之相配套的供电、供水、厂房等设施完备。现有完备的化验、检测设备和手段，及与之相适应的统计和管理网略。并从人员素质及管理和专业部门的协作等方面做了大量的工作，为该项目的实施打下了良好的基础。
在技术基础条件方面：
一是省国土资源厅地质矿产综合利用研究所（原857研究所）的小试报告。
二是某耐火材料有限公司针对扩大“硅线精矿粉”生产规模，认真研究和前期准备工作，制订详实可行的实施方案。
三是某耐火材料有限公司已取得的研究成果，得到有关专家的认可，所用工艺在《非金属矿》2004年第3期刊出。
四是某耐火材料有限公司专业技术人才势力雄厚，有能力完成该项目的实施工作。
二、对引进技术的消化、吸收、创新和后续开发能力。
某耐火材料有限公司针对已有的某省地质矿产综合利用研究所和西安冶金建材研究所的小试报告，分别在生产车间进行了模拟生产试验，在分别吸收其长处的同时：一是把脱泥的流程提前，增加脱泥效果；二是合理的增加，安装搅拌筒，增加药剂在矿浆中的滞留时间，使药剂有足够的时间，在矿浆中扩散，同时也增加了浮选效果；三是取消了酸洗工艺；四是结合本公司设备的设计能力、工艺流程等特点，制定出扩大生产规模的各控制指标。
第四章 市场需求情况和风险分析
一、硅线石精矿粉国内市场现状
据《中国耐火材料企事业名录》统计，我国每年需耐火材料产品为1500万吨左右，按产品的1%添加和使用“硅线石精矿粉”，每年需“硅线石精矿粉”15万吨，再按需求的80%计划每年只少需12万吨。而我国的年生产能力只有15000吨，市场空间很大。
就其“硅线石精矿粉”的特殊性和广泛的用途，不论世界局势如何变化，对“硅线石精矿粉”的需求仍然很大。因其是钢铁航天、建材等行业不可替代的产品，且能促进钢铁企业的品种和优质方面的调整。为此，该产品有着可观的发展前景。
目前，我国受资源和技术的限制，我国生产“硅线石精矿粉”的厂家也只有黑龙江的林口市“林信硅线石有限公司”和“某耐火材料有限公司”，黑龙江的鸡西和河北的灵寿亦有厂家，但因原矿制约，其精矿细度特细，而市场上用量极少，因而我国“硅线石”市场可以说不存在竞争局面，只要能生产出合格产品，就可销向市场，而该项目的实施，年也只能生产6000吨，远不能满足市场需要，只占全国需求量的5%。
二、硅线石精矿粉国际市场现状
因国际上只有美国、澳大利亚、印度、南非等国家生产“硅线石精矿粉”几个钢铁生产及航天、核工业大国如：日本、南韩、荷兰、前苏联、英国、德国、法国、意大利等国，全靠进口。该产品的特点，在钢铁企业使用比较广泛，不论国际形势如何，只要有钢铁企业、航天、核工业、建材业的存在，该项目就可存在并逐年有所发展，产品需求量在逐年增长。因而该项目在国际市场上也有着可持续的发展势头。
目前， “硅线石精矿粉”已通过中间商、出口日本等国，因其产品的色泽及纯度都优于国内同类产品，很受国际客商欢迎。
三、市场风险因素分析和对策。
由于该项目生产的产品，在国际国内市场上供不应求，受销售市场制约的风险极小。
该项目的生产技术，亦因在我国尚属领先地位，且随着我公司的进一步研究和应用，将不断完善其技术的完备性和可靠性。在技术市场上其风险亦很小。
故而其对风险的对策也是两个方面：
一是提高产品质量，降低生产成本，增加产量。提高市场占有率。
二是综合利用开发矿产资源，增强对该项目技术研究的可持续发展后劲，确保该项目技术在国内占领先地位。
第五章 扩能改造设想、投资估算及资金筹措
一、扩能改造设想
现在公司现有一台闲置球磨机，一台洗涤机，且现有的破碎系统生产能力大，原来只上一个班，如再增加一条生产线，也最多上两个班，所以在不增加太多设备的情况下，就可以形成两条生产线，可达到日生产20吨“硅线石精矿粉”的生产能力。通过扩能改造既挖掘了原有的设备能力，又能使工艺流程成龙配套，机配合理，实现均衡生产，才能实现少投资、见效快，有利于提高企业经济效益，增强企业的可持续发展潜力。

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