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明礬石
屬三方晶系的硫酸鹽礦物
基本信息
| 中文名 | 明礬石 |
| 外文名 | Alunite |
| 硬度 | 2~2.5 |
| 色澤 | 白色，含雜質(zhì)呈淺灰色、淺黃 |
| 化學(xué)式 | KAl3（SO4）2（OH）6 |
簡介
明礬石是含氫氧根離子的復(fù)雜硫酸鹽,化學(xué)式:KAl3[ SO4 ]2 (OH)2;理論值K2O 11.37%,Al2O3 36.92%,SO3 38.66%,H2O 13.05%,通常因K含量高稱鉀明礬石,若Na以類質(zhì)同象置換K,Na含量高,可形成鈉明礬石。富含吸附水的膠狀明礬石稱黃鉀明礬,常含稀土元素。
明礬石屬三方晶系,常呈細(xì)小菱面體或厚板狀。集合體為致密塊狀、細(xì)粒狀、土狀或纖維狀。色白,常帶淺灰、淺黃或淺紅色調(diào),玻璃光澤。摩氏硬度3.5～4,密度為2.6～2.9解理中等,斷口多片狀至貝殼狀。其性質(zhì),不溶于冷水及鹽酸,稍溶于硫酸,完全溶于強(qiáng)堿氫氧化鈉溶液中。具強(qiáng)烈的熱電效應(yīng)。
基本性質(zhì)
化學(xué)成分
化學(xué)式：為KAl3（SO4）2（OH）6
其中：K2O 11.35%，Al2O336.96%，SO338.65%，H2O 13.04%
物理特征
白色，含雜質(zhì)呈淺灰色、淺黃、淺紅、淺褐色。透明或半透明，玻璃光澤。硬度2~2.5。具有強(qiáng)烈的熱電效應(yīng)。
資源概況
成因
明礬石成因
在火山巖例如流紋巖、粗面巖和安山巖內(nèi)呈囊狀體或薄層產(chǎn)出，據(jù)認(rèn)為它是由于這些巖石與逸出的含硫蒸氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成的。明礬石為中酸性火山噴出巖經(jīng)過低溫?zé)嵋鹤饔蒙傻奈g變產(chǎn)物。
礦床成因
中新生代濱西太平洋造山活化構(gòu)造帶,在中生代地殼發(fā)生大規(guī)模拉張和收縮,形成一系列斷塊和斷陷。伴隨地臺(tái)的活化,一些地區(qū)火山侵入巖漿活動(dòng)極為強(qiáng)烈。如在長江中下游臺(tái)褶帶和東南沿海褶皺系,相繼形成鐵、銅、鉛、鋅及金、銀等多金屬貴金屬和硫、明礬石、葉臘石、高嶺土等非金屬系列礦床。中國著名明礬石礦床多數(shù)產(chǎn)于上述地質(zhì)環(huán)境中,其礦床成因據(jù)《礦床地球化學(xué)》(1997)稱,多屬陸相火山巖系中的“熱水沉積”礦床。結(jié)合已知明礬石礦床成因并根據(jù)成礦溫度和礦物組合的特點(diǎn),本文將我國主要的熱水沉積明礬石礦床細(xì)分為二種亞類型:①中低溫型明礬石或明礬石高嶺石礦床;②高中溫型明礬石黃鐵礦或明礬石葉臘石礦床。
分布和產(chǎn)地
中國浙江蒼南、安徽廬江和福建周寧的白堊系火山巖中都有大量產(chǎn)出，其中，浙江探明儲(chǔ)量占全國50%以上，尤以溫州蒼南礬山最多，儲(chǔ)量達(dá)1.67億噸。含純明礬石45.4%~47.71%。是探明的世界上最大的明礬石礦。
應(yīng)用與發(fā)展
應(yīng)用廣泛
可以應(yīng)用在制造業(yè)、化學(xué)工業(yè)、食品業(yè)、農(nóng)業(yè)、化學(xué)工業(yè)、環(huán)保衛(wèi)生行業(yè)，用于印刷、造紙、制革、油漆等行業(yè)，也用作染布用的媒染劑、鞣料及膠片的硬化劑、合成氨的催化劑、制糖及水的澄清劑、選礦用的沉淀劑等等，曾作為鉀的原料(第一次世界大戰(zhàn)時(shí))和作為氧化鋁的原料(第二次世界大戰(zhàn)時(shí))；在歐洲曾廣泛用它制作鉀明礬，而且從15世紀(jì)以來就為此進(jìn)行了開采。大的礦床在烏克蘭的別烈戈沃(Beregovo)附近、西班牙的阿爾梅利亞(Almeria)和澳大利亞新南威爾士的布拉德拉(Bullah Delah)。
⑴應(yīng)用于明礬。明礬學(xué)名是硫酸鉀鋁,又稱鉀明礬,化學(xué)式為K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O,是一種明礬石礦傳統(tǒng)化工產(chǎn)品。明礬因其有特殊的物理和化學(xué)性質(zhì),如無毒、易溶于水,其鋁鹽凈水作用基于鋁氫氧化物的凝聚作用等亦被多行業(yè)使用,約有40多個(gè)行業(yè)、200多種用途。
①明礬在工業(yè)上用量最大,約有19個(gè)行業(yè)使用。其中以造紙、制藥、染料色淀生產(chǎn)、食品加工應(yīng)用為主。造紙中明礬作膠著劑和涂料用。制藥工業(yè)中因明礬有解毒生津、除風(fēng)殺蟲、止血鎮(zhèn)痛作用,可作中藥敷料和配料;西藥中制成藥用氫氧化鋁、核黃素、維生素B2等。明礬亦是紡織、印染工業(yè)中的媒染劑,制革、皮毛工業(yè)中鞣革劑,橡膠工業(yè)中的凝結(jié)劑,膠片的硬化劑,選礦中的沉淀劑,油漆、顏料中的充填穩(wěn)定劑。此外,還在食品工業(yè)中作腌制蜜餞和發(fā)酵粉中添加劑,環(huán)保業(yè)中的凈水劑。
②明礬在農(nóng)牧業(yè)上一直是暢銷商品,主要用于浸種、肥田、農(nóng)活后凈手腳及焊結(jié)農(nóng)具等。畜牧業(yè)中作飼料添加劑,使牲畜健壯亦治療口蹄疫、拉肚、眼疾等病癥。
⑵明礬石礦一次加工產(chǎn)品。明礬石礦加工可分原礦加工方法和焙燒礦加工方法。前者直接用原礦加工,后者礦石需焙燒脫水后加工。后者按脫水熟料采用的浸取試劑不同,又可分為堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法、氯化物法和水浸法等。通過后者綜合利用加工明礬石礦,可以得到一次加工產(chǎn)品:硫酸鉀、氧化鋁、氫氧化鋁及硫酸、4A沸石等。硫酸鉀可作鉀肥直接用于施肥。氧化鋁將是電解鋁的原料。氫氧化鋁因晶相純、雜質(zhì)低,經(jīng)深度加工制得鋁系精細(xì)化工產(chǎn)品,有廣闊應(yīng)用前景。硫酸亦是我國緊俏化工產(chǎn)品,用明礬石加工的硫酸不含砷硒、氟等有害元素,質(zhì)量更佳。4A 沸石用作合成洗滌劑助劑,已成為世界各國公認(rèn)的三聚磷酸鈉的代用品,亦具良好的應(yīng)用前景。
⑶明礬石礦深度加工產(chǎn)品。我國用明礬石生產(chǎn)的氫氧化鋁、氧化鋁經(jīng)深度加工制得的精細(xì)化工產(chǎn)品有:牙膏磨擦劑、阻燃劑、干燥劑、吸附劑、除氟劑、催化劑及載體等14種。它們?cè)诨ぁ⑹?、輕工、機(jī)械、電子、醫(yī)藥及科研等行業(yè)和部門中獲得廣泛應(yīng)用,取得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。此外,氧化鋁“精密陶瓷”,藥用氫氧化鋁、枯礬及鉀氮肥深加工產(chǎn)品,亦受市場歡迎。再如,我國生產(chǎn)的氫氧化鋁(α-三水鋁石)質(zhì)量已達(dá)美國商品C-330水平,產(chǎn)品用于牙膏磨擦劑、塑料阻燃劑及樹脂、造紙、橡膠、油漆等的填料中。為我國高、中檔藥物牙膏的崛起和阻燃型塑料、高分子合成材料的更新?lián)Q代提供了重要的原外,以氫氧化鋁為原料研制成的α、γ、η等活性氧化鋁催化劑及催化劑載體有20多種,有的已在石化、煉油、化肥、軍工等裝置上應(yīng)用,展示出良好的前景。
⑷明礬石礦生產(chǎn)中廢料再加工產(chǎn)品。明礬石礦加工生產(chǎn)中排出大量的礬泥(漿)、廢渣(赤泥)、氨浸渣、礬煙和爐灰等,若不治理、既污染環(huán)境造成公害,又白白流失大量有用成分。三廢中SiO2有的高達(dá)75%～80,Al2O3可達(dá)40%。所謂廢料,卻是開發(fā)鋁鹽、多種硅系等產(chǎn)品原料。經(jīng)試驗(yàn)生產(chǎn)投放市場的產(chǎn)品有硫酸鋁、銨明礬、水泥速凝劑等十多種。
①硫酸鋁是用礬泥加硫酸后,用間接蒸汽加熱反應(yīng),壓濾料漿,濾液蒸發(fā)結(jié)晶制成的。其價(jià)格低,有用Al2O3比明礬高2/3,是60年代后發(fā)展起來的產(chǎn)品。雖然其質(zhì)量尚不如明礬,生產(chǎn)中消耗大量硫酸,但從試銷看,是較有前途的產(chǎn)品。
③水泥速凝劑也是礬泥綜合利用產(chǎn)品。由含有無機(jī)混合物和有機(jī)高分子材料組成的“粘稠Ⅰ型水泥速凝劑”具有無毒、無味、無腐蝕存放期長達(dá)22個(gè)月以上等優(yōu)點(diǎn),指標(biāo)優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。由安徽巢湖速凝劑廠獨(dú)家生產(chǎn),是緊俏產(chǎn)品。
④聚合鋁,指聚合羥基氯化鋁或羥基硫酸鋁。通常指聚合鋁為聚合羥基氯化鋁,國內(nèi)外已生產(chǎn)使用。用明礬制成聚合鋁質(zhì)地純凈、使用后反映良好。浙江瑞安用氨浸渣制造的聚合鋁,含鐵少、活性高,獲印染行業(yè)的好評(píng)。據(jù)悉,用聚合氯化鋁取代硫酸鋁凈水亦是發(fā)展趨勢(shì)。除上述明礬石廢料加工產(chǎn)品外,尚有10多種產(chǎn)品,如:氨渣釉面磚、造紙811填料、WF型橡膠塑料填料、赤泥蒸養(yǎng)磚、氨浸渣耐火磚、礬鎵鈾提純、礬漿農(nóng)藥載體、礬煙稀硫酸、爐灰復(fù)合化肥(如液體磷酸二氫鉀銨)、分子篩(礬渣皆可作原料)及礬漿冶煉棕剛玉等等,有的已經(jīng)投產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益較佳。
⑸明礬石礦在建材工業(yè)中的應(yīng)用。明礬石礦用于水泥工業(yè)歷史悠久,如意大利托爾法礦區(qū)采明礬石2高嶺石混合礦用于水泥工業(yè),因其水泥機(jī)械性能強(qiáng),受到各國重視。我國利用明礬石及其殘?jiān)迫《喾N性能、多種用途的水泥制品已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。如安徽廬江生產(chǎn)的明礬石膨脹水泥,是一種省能源、省資源的抗裂防滲新型水泥,在國內(nèi)外獲得好評(píng);浙江新昌水泥廠為解決沸石水泥早期強(qiáng)度偏低問題,用本地明礬石化凝灰?guī)r摻入沸石水泥中,制成雙摻水泥,調(diào)節(jié)了水泥標(biāo)號(hào),改善水泥性能,提高了水泥質(zhì)量。此外,利用明礬石和石灰石在原有生產(chǎn)硅酸鹽水泥的工藝設(shè)備上生產(chǎn)一種叫自應(yīng)力水泥,價(jià)格低、在有明礬石和灰?guī)r的地方適宜生產(chǎn)。明礬石礦除生產(chǎn)水泥外,還的膨脹劑,簡稱EA-L膨脹劑,用于建筑工程防水、防漏;生產(chǎn)早強(qiáng)防凍劑、簡稱為ESJ劑,使水泥適宜在戶外-5℃氣溫下施工,水泥正常凝結(jié)、硬化;生產(chǎn)ZM早強(qiáng)增密劑,能提高混凝土早期強(qiáng)度、增強(qiáng)抗?jié)B性強(qiáng),是一種混凝土外加劑。此外,用煅燒后的明礬石為催化劑,摻合3%～5%于硬石膏中,提高硬石膏的水化速度,使硬石膏硬化后表面堅(jiān)硬、光滑細(xì)膩,不收縮、不起灰,是內(nèi)墻抹灰的理想材料。
（6）硫酸鉀及其系列產(chǎn)品：硫酸鉀是一種最重要的無氯優(yōu)質(zhì)鉀肥。還原熱解法工藝可生產(chǎn)硫酸鉀、氫氧化鋁及硫酸；同時(shí)排放礬煙、礬渣和赤泥等副產(chǎn)品。
加工技術(shù)
明礬石礦綜合利用方法分為堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法3大類,3種方法具有大致相同的工序:礦石破碎磨細(xì),焙燒,提取氧化鉀和分解三氧化硫,鋁、鐵分離,鋁、硅分離。其中,鋁硅分離一般采用堿浸或酸浸。堿浸是將氧化鋁轉(zhuǎn)化成可溶性鋁酸鈉,但也有二氧化硅轉(zhuǎn)化為可溶性硅酸鈉,因此,濾液需要進(jìn)一步脫硅,這不僅工藝復(fù)雜,而且導(dǎo)致鋁酸鈉的損失。酸浸是將氧化鋁轉(zhuǎn)化成可溶性鋁鹽,為了保證氧化鋁的浸出率,就必須加過量的酸,這不僅導(dǎo)致鋁鹽中游離酸含量大,而且對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高。傳統(tǒng)工藝主要從熱力學(xué)角度來考慮,盡可能降低焙燒溫度,阻止氧化鋁的相變,提高熟料中氧化鋁的活性。作者從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)角度綜合考慮,開發(fā)了熱分解法綜合利用明礬石礦工藝,使明礬石礦在高溫下快速脫水、分解,既提高了明礬石的分解率,又保證了氧化鋁的活性;并提出“酸熔法”分離鋁硅新工藝,使氧化鋁在濃硫酸的作用下于固相體系中轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸鋁,由于化學(xué)鈍化現(xiàn)象的存在,從而對(duì)設(shè)備材質(zhì)沒有特別要求。
采用熱分解法高溫快速脫水、分解明礬石礦,既提高了硫酸鋁的分解率,又保證了氧化鋁的活性。硫酸鉀作為單一產(chǎn)品可以在流程的前半部提取,大大簡化了明礬石礦工業(yè)生產(chǎn)流程。明礬石礦中的有價(jià)元素硫在焙燒過程中以三氧化硫的形式逸出,易于吸收制酸。采用該法,氧化鉀、氧化鋁的浸出率高,都在95%以上。
根據(jù)中國明礬石礦的加工方法,不論是水浸法、氨浸法、酸氨法和還原熱解法等均對(duì)明磯石的品位要求較高,如水浸法要求礦石品位含明礬石大于45%,氨浸法要求含明磯石為45%-50%,酸氨法除要求礦石品位高外,還要求含鐵量在1%以下,而還原熱解法要求更高為47.93%-51.81%。
工業(yè)要求
大部分工業(yè)用的明礬石要求含鉀高，因此鉀明礬比鈉明礬的工業(yè)價(jià)值大，而用于提取氧化鋁的明礬石，鉀含量的高低沒有影響，因?yàn)殁浢鞯\石和鈉明礬石的氧化鋁含量幾乎一樣。
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