如何利用硅石開發(fā)耐火材料
一、項目提出的背景
“硅線石精礦粉”屬冶金行業(yè)不可替代的耐火材料，行業(yè)稱之為“耐火材料之王”——“硅線石精礦粉”。廣泛使用航天、核工業(yè)、冶金、建材、玻璃等產(chǎn)業(yè)部門。
二、目前的技術(shù)開發(fā)情況
目前世界上“硅線石精礦粉”的生產(chǎn)技術(shù)，美國處于領(lǐng)先地位，精礦含硅線石95%以上，礦物回收率90%以上。而我國廠家大部分依靠省857研究所（現(xiàn)國土資源廳、地質(zhì)礦產(chǎn)綜合利用研究所）的堿式浮選小試技術(shù)和西安冶金建材研究所的酸式浮選小試技術(shù)，沒有成熟的規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)。精礦回收率只能達到56%以上，礦物回收率只能達到75%以上，且傳統(tǒng)工藝要經(jīng)過酸處理，才能把Fe2O3降低到1.5%以下。產(chǎn)量低、成本高，制約著我國的礦物綜合利用和企業(yè)發(fā)展。
我院致力于“硅線石精礦粉”的生產(chǎn)、研究和應用，綜合分析礦物資源物相及伴生物存在狀況，利用磁選、化選、重選相結(jié)合的方法，大膽地改造原省地礦研究所設(shè)計工藝及流程。已投資400萬元在一邊生產(chǎn)一邊研究的同時，通過模擬生產(chǎn)變換各工藝流程的控制指標，改進浮選藥劑，使規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)水平有所提高。目前，某耐火材料有限公司可達到年生產(chǎn)3000噸“硅線石精礦粉”，產(chǎn)品礦物回收率85%以上，產(chǎn)品合格率100%的生產(chǎn)技術(shù)水平。但由于該企業(yè)一次性投入資金太多，又通過工藝、技術(shù)實驗這一成熟過程，使企業(yè)目前流動資金緊缺，導致企業(yè)處于半停產(chǎn)狀態(tài)，急需解決流動資金問題。
三、現(xiàn)有規(guī)模和市場形勢及國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策
目前，世界上生產(chǎn)“硅線石”的國家只有美國、南非、澳大利亞和我國。全靠進口使用的國家有原蘇聯(lián)、日本、德、法、英、荷蘭、南韓等鋼鐵工業(yè)和航天、核工業(yè)大國。據(jù)統(tǒng)計，每年世界“硅線石精礦粉”銷售市場在逐年猛增。
我國現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)15000噸“硅線石精礦粉”，而市場每年需求在60000噸以上，按我國每年生產(chǎn)耐火材料和制品3000萬噸的0.02%計算，生產(chǎn)規(guī)模遠遠小于使用規(guī)模，銷售市場形勢為求大于供。
我國也相應制定了“硅線石精礦粉”的各項理化指標：
硅線石的理化指標：
表三：硅線石的理化指標
項目    
指標
硅線石
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
灼堿﹪不大于    
1.5    
1.5
耐火度°C不小于    
1790    
1750
水份﹪不大于    
1    
1
線膨脹率（1500oC）﹪    
必須進行此項檢驗，將實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量證明書中注明
[中國21世紀議程]制訂了某非金屬礦產(chǎn)〈硅線石〉資源開發(fā)與利用的目標和要求。
四、項目產(chǎn)品的主要用途、性能：
該項目產(chǎn)品——“硅線石精礦粉”，因其耐高溫（1790℃），不可逆，穩(wěn)定性好，可進一步加工成高鋁磚、一次性澆注料、不定型耐火材料，經(jīng)鍛燒還可轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎蛑苯佑霉桎X合金生產(chǎn)。廣泛用于冶金、航天、核工業(yè)、玻璃、陶瓷等支柱產(chǎn)業(yè)。在耐火材料行業(yè)稱之為“耐火之王”。其主要性能為：
硅線石的化學組成為AL[ALSiO5]，其中SiO237.7%，AL2O362.3%，成分比較穩(wěn)定，常有少量的類質(zhì)同象混入物Fe3+代替鋁，有時存在微量的鈦、鈣、鎂和堿等混入物。
硅線石的晶體結(jié)構(gòu)為斜方晶系，a0=0.743nm，b0=0.758nm，c0=0，Z=主要粉晶譜線：3.385（100），2.537，2.180，1.517，1.271（50）。
硅線石礦物有兩個陽離子AL3+、Si4+。陽離子的配位數(shù)有6和4兩種。前者構(gòu)成鋁氧八面體[ALO6]，后者構(gòu)成鋁氧四面體[ALO4]。[ALO4]四面體與陽離子Si4+構(gòu)成的硅氧四面體[SiO4]交替排列，彼此共用一個氧離子形成鏈狀，而[ALO6]八面體之間彼此共用兩個氧離子（共棱）聯(lián)接成另一種形式的鏈狀。在結(jié)構(gòu)中共有五條鏈，四條分布在角頂，一條在中央。這些八面體聯(lián)結(jié)的鏈又通過與[ALO4]四面體聯(lián)接起來。
陽離子Si4+的配位數(shù)是4，構(gòu)成硅氧四面體[SiO4]。但在結(jié)構(gòu)中，[SiO4]四面體之間彼此不聯(lián)接，而是孤立存在的，它與陽離子AL3+形成的[ALO4]四面體彼此共用一角頂相間排列成鏈狀。在結(jié)構(gòu)中共有4條鏈，填充在5[ALO4]條八面體之間。但其中兩條的[SiO4]和[ALO4]排列順序與另外兩條相反。即有兩條鏈的排列是：[ALO4]-[SiO4]-[ALO4]-[SiO4]，另有兩條鏈的排列是：[SiO4]-[ALO4]-[SiO4]-[ALO4]……。
上述兩種鏈與[ALO4]八面體形成的鏈，平行排列，并相互銜接。原子間距：AL-O=0.161nm。
根據(jù)格林伍德的研究，硅線石晶體結(jié)構(gòu)中四次配位的AL和Si在[ALSiO5]鏈中是無序的。
硅線石結(jié)構(gòu)決定了它具有平行C軸延長的針狀、纖維狀的晶體形態(tài)及平行{010}的解理。
表四：硅線石的基本性質(zhì)
硅   線   石
成分    
AL2O3 SiO2 AL2O3 62.92﹪（63.1﹪）,SiO237.08﹪（36.9﹪）
晶系    
斜方
品格常數(shù)    
a=0.744,b=0.759,c=0.575
結(jié)構(gòu)    
鏈狀
晶形    
長柱狀，針狀或纖維狀集合體
顏色    
灰，白褐
密度/g.cm-3    
3.23~3.27
相對硬度    
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    
（+）
比磁化系數(shù)    
0.29~0.03
電泳法零電點（PH）    
6.8
加熱性質(zhì)    
1500oC左右開始轉(zhuǎn)變?yōu)槟绞?br /> 體積變化1%    
+7.2
硅   線   石
開始或快速轉(zhuǎn)化溫度1oC    
約1545
轉(zhuǎn)化速度    
慢
轉(zhuǎn)化所需時間    
長
轉(zhuǎn)化后體膨脹率1%    
7-8
莫來石結(jié)晶過程    
在整個顆粒發(fā)生
莫來石結(jié)晶形態(tài)    
短柱狀。針狀
莫來石結(jié)晶大小/um    
3
莫來石結(jié)晶方向    
平行原硅線石晶面
表五：硅線石的高溫轉(zhuǎn)化性能
表六：硅線石的理化指標
項  目    
指     標
硅 線 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
灼堿/%不大于    
1.5    
1.5
耐火度1oC不大于    
1790    
1750
水份1%不大于    
1    
1
線膨脹率（1500oC）1%    
必須進行此項檢驗，將實測數(shù)據(jù)質(zhì)量證明書中注明
注：需方對質(zhì)量有特殊要求時，由供需雙方協(xié)商
五、項目實施的目的意義：
該項目的實施可填補某省“規(guī)模化生產(chǎn)硅線石精礦粉”空白，開發(fā)和利用我省“硅線石”資源，發(fā)揮資源優(yōu)勢，補充世界及我國“硅線石精礦粉”的需求市場，年可生產(chǎn)6600噸“硅線石精礦粉”；綜合經(jīng)濟效益4042萬元；年可減少固體廢物排量22800噸；年可減少選礦廢液排量40000噸；減少耐火材料鍛燒廢氣排放8萬立方米；礦產(chǎn)綜合利用率提高50%，資源利用年限可延長150年。間接效益：減少耐火材料和鋼鐵企業(yè)的能源消耗；促進鋼鐵企業(yè)的品種、質(zhì)量調(diào)整，為大型礦山提供無公害“規(guī)?；a(chǎn)硅線石精礦粉”的生產(chǎn)技術(shù)。
六、項目主要開發(fā)內(nèi)容和技術(shù)特點：
擴大“硅線石精礦粉”生產(chǎn)規(guī)模，主要是為了充分利用當?shù)刭Y源，生產(chǎn)出符合國家規(guī)定標準的合格產(chǎn)品——“硅線石精礦粉”，其技術(shù)特點主要有以下幾點：
（1）取消傳統(tǒng)的酸洗除鐵、除雜工藝；
（2）使用PH值不大于或不小于7的礦漿進行生產(chǎn)，使所排放的廢物廢水不污染環(huán)境，不影響人畜吸水。
（3）改良和改進浮選使用的添加劑和浮選流程及方法，提回收率至85%以上的同時，降低成本，增加產(chǎn)量。
（4）提高產(chǎn)品品位和純度，利用浮選、磁選、化選、重選相結(jié)合的方法降低Fe2O3及其它微量元素的含量。
（5）完善“規(guī)?；a(chǎn)硅線石精礦粉”的工藝、技術(shù)及流程的各項控制指標。
第二章 技術(shù)可行性分析
一、項目的技術(shù)路線、工藝的科學性、合理性關(guān)鍵技術(shù)的先進性概述。
項目的技術(shù)路線為：
采礦→破碎→研磨→脫泥→除鐵→除雜→粗選→精選→重選→烘干→除鐵除雜→包裝。
工藝的科學性就在于不使用酸洗的工藝除鐵除雜，改進或改良浮選使用的添加劑，排放廢物不污染環(huán)境。其合理性在于充分利用資源，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量。
關(guān)鍵技術(shù)的先進性就在于：取消了酸洗除鐵除雜工藝。一是酸浸效果受原礦組分變化，浮選產(chǎn)品質(zhì)量、操作等因素影響大，而新工藝受這些影響小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；二是新工藝不需要漂洗，節(jié)約資源和能源，減少廢水排放；三是酸浸除鐵勞動強度大且難以操作，更重要的是嚴重損傷設(shè)備，污染生產(chǎn)環(huán)境對操作人員有害；四是新工藝綜合成本低，可降低成本15%以上；五是在生產(chǎn)工藝、流程過程中減輕浮選壓力，提高產(chǎn)品回收率。為此該工藝技術(shù)的應用，可在我國處領(lǐng)先地位，填補我省空白。
二、項目產(chǎn)品性能水平與國內(nèi)外產(chǎn)品的比較。
該項目產(chǎn)品的性能符合國家部令標準要求，滿足各用戶要求，可生產(chǎn)出“普通”、“一級”、“高純”三個級別10個等級的產(chǎn)品。該項目產(chǎn)品的制品已出口日本等國家。深受我國“洛陽耐火材料集團公司”、“北京門頭溝耐火材料有限公司”、“寶鋼”、“首鋼”、“湘鋼”等單位青睞。與我國同類產(chǎn)品比較：一是色澤優(yōu)于其它產(chǎn)品（純銀白色）；二是K2O+Na2O含量低于0.2%以下；三是粒度-2左右，粒度均勻，含黑云母極少，純度高；四是耐火度及其穩(wěn)定性都優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品。
第三章 立項的成熟程度
一、項目發(fā)展的前期工作及技術(shù)基礎(chǔ)：
對該項目的發(fā)展和實施，某耐火材料有限公司已建安設(shè)計了能力年產(chǎn)3000噸“硅線石精礦粉”生產(chǎn)線一條（由省地礦廳地礦研究所設(shè)計），及與之相配套的供電、供水、廠房等設(shè)施完備。現(xiàn)有完備的化驗、檢測設(shè)備和手段，及與之相適應的統(tǒng)計和管理網(wǎng)略。并從人員素質(zhì)及管理和專業(yè)部門的協(xié)作等方面做了大量的工作，為該項目的實施打下了良好的基礎(chǔ)。
在技術(shù)基礎(chǔ)條件方面：
一是省國土資源廳地質(zhì)礦產(chǎn)綜合利用研究所（原857研究所）的小試報告。
二是某耐火材料有限公司針對擴大“硅線精礦粉”生產(chǎn)規(guī)模，認真研究和前期準備工作，制訂詳實可行的實施方案。
三是某耐火材料有限公司已取得的研究成果，得到有關(guān)專家的認可，所用工藝在《非金屬礦》2004年第3期刊出。
四是某耐火材料有限公司專業(yè)技術(shù)人才勢力雄厚，有能力完成該項目的實施工作。
二、對引進技術(shù)的消化、吸收、創(chuàng)新和后續(xù)開發(fā)能力。
某耐火材料有限公司針對已有的某省地質(zhì)礦產(chǎn)綜合利用研究所和西安冶金建材研究所的小試報告，分別在生產(chǎn)車間進行了模擬生產(chǎn)試驗，在分別吸收其長處的同時：一是把脫泥的流程提前，增加脫泥效果；二是合理的增加，安裝攪拌筒，增加藥劑在礦漿中的滯留時間，使藥劑有足夠的時間，在礦漿中擴散，同時也增加了浮選效果；三是取消了酸洗工藝；四是結(jié)合本公司設(shè)備的設(shè)計能力、工藝流程等特點，制定出擴大生產(chǎn)規(guī)模的各控制指標。
第四章 市場需求情況和風險分析
一、硅線石精礦粉國內(nèi)市場現(xiàn)狀
據(jù)《中國耐火材料企事業(yè)名錄》統(tǒng)計，我國每年需耐火材料產(chǎn)品為1500萬噸左右，按產(chǎn)品的1%添加和使用“硅線石精礦粉”，每年需“硅線石精礦粉”15萬噸，再按需求的80%計劃每年只少需12萬噸。而我國的年生產(chǎn)能力只有15000噸，市場空間很大。
就其“硅線石精礦粉”的特殊性和廣泛的用途，不論世界局勢如何變化，對“硅線石精礦粉”的需求仍然很大。因其是鋼鐵航天、建材等行業(yè)不可替代的產(chǎn)品，且能促進鋼鐵企業(yè)的品種和優(yōu)質(zhì)方面的調(diào)整。為此，該產(chǎn)品有著可觀的發(fā)展前景。
目前，我國受資源和技術(shù)的限制，我國生產(chǎn)“硅線石精礦粉”的廠家也只有黑龍江的林口市“林信硅線石有限公司”和“某耐火材料有限公司”，黑龍江的雞西和河北的靈壽亦有廠家，但因原礦制約，其精礦細度特細，而市場上用量極少，因而我國“硅線石”市場可以說不存在競爭局面，只要能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，就可銷向市場，而該項目的實施，年也只能生產(chǎn)6000噸，遠不能滿足市場需要，只占全國需求量的5%。
二、硅線石精礦粉國際市場現(xiàn)狀
因國際上只有美國、澳大利亞、印度、南非等國家生產(chǎn)“硅線石精礦粉”幾個鋼鐵生產(chǎn)及航天、核工業(yè)大國如：日本、南韓、荷蘭、前蘇聯(lián)、英國、德國、法國、意大利等國，全靠進口。該產(chǎn)品的特點，在鋼鐵企業(yè)使用比較廣泛，不論國際形勢如何，只要有鋼鐵企業(yè)、航天、核工業(yè)、建材業(yè)的存在，該項目就可存在并逐年有所發(fā)展，產(chǎn)品需求量在逐年增長。因而該項目在國際市場上也有著可持續(xù)的發(fā)展勢頭。
目前， “硅線石精礦粉”已通過中間商、出口日本等國，因其產(chǎn)品的色澤及純度都優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品，很受國際客商歡迎。
三、市場風險因素分析和對策。
由于該項目生產(chǎn)的產(chǎn)品，在國際國內(nèi)市場上供不應求，受銷售市場制約的風險極小。
該項目的生產(chǎn)技術(shù)，亦因在我國尚屬領(lǐng)先地位，且隨著我公司的進一步研究和應用，將不斷完善其技術(shù)的完備性和可靠性。在技術(shù)市場上其風險亦很小。
故而其對風險的對策也是兩個方面：
一是提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)量。提高市場占有率。
二是綜合利用開發(fā)礦產(chǎn)資源，增強對該項目技術(shù)研究的可持續(xù)發(fā)展后勁，確保該項目技術(shù)在國內(nèi)占領(lǐng)先地位。
第五章 擴能改造設(shè)想、投資估算及資金籌措
一、擴能改造設(shè)想
現(xiàn)在公司現(xiàn)有一臺閑置球磨機，一臺洗滌機，且現(xiàn)有的破碎系統(tǒng)生產(chǎn)能力大，原來只上一個班，如再增加一條生產(chǎn)線，也最多上兩個班，所以在不增加太多設(shè)備的情況下，就可以形成兩條生產(chǎn)線，可達到日生產(chǎn)20噸“硅線石精礦粉”的生產(chǎn)能力。通過擴能改造既挖掘了原有的設(shè)備能力，又能使工藝流程成龍配套，機配合理，實現(xiàn)均衡生產(chǎn)，才能實現(xiàn)少投資、見效快，有利于提高企業(yè)經(jīng)濟效益，增強企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?br />

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