具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例和附图来详细说明本发明的一种硅酸镁粉粒体及其制备方法和应用。

需要说明的是，对于本领域普通技术人员而言，本文中的部分术语“压力”相当于压强。

目前，含蛇纹石矿物的原理大多未能资源化利用，主要以堆存为主，作为危险固废的石棉尾矿、尾渣、剥离废石，占用了大量的土地资源，且对周边环境具有潜在危害。而主晶相为橄榄石的矿产，在脱色、耐火、助熔、建材、填料、磨料等领域供不应求的，但该类矿产无论分布还是产量都十分有限。

为解决含蛇纹石矿物堆存为主的现状，同时为众多对以橄榄石为主晶相的矿产资源需求领域的材料供应问题，本发明以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料，通过煅烧加工技术生产主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体，对推进固体废物资源化和高值化利用及生态环境保护具有重要的意义。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种硅酸镁粉粒体的制备方法。

在本发明的硅酸镁粉粒体的制备方法的一个示例性实施例中，一种硅酸镁粉粒体的制备方法可包括以下步骤：

(1)将含有蛇纹石矿物的原料进行干燥、破碎和粉磨处理，获得含有蛇纹石矿物的粉粒体。

其中，所述含有蛇纹石矿物的原料可为蛇纹岩、蛇纹石选矿尾渣、温石棉选矿尾渣和超基性岩型矿产选矿尾渣中的至少一种。

按质量百分比计，所述含有蛇纹石矿物的粉粒体可包括25％～40％MgO、35％～40％SiO₂、2％～10％CaO、5％～15％Fe₂O₃和1％～5％Al₂O₃。

其中，破粉碎前先进行干燥处理，干燥温度可以为80℃～105℃，以去除蛇纹石矿物的吸附水。干燥后粉粒体吸附水含量低于4％。过量的吸附水不利于样品(也就是含有蛇纹石矿物的原料)的进一步破粉碎。吸附水含量低于4％利于破碎和有利于焙烧过程中尾矿的焙烧解毒，如果吸附水含水量超过4％，会导致水分蒸发对热量的消耗，从而影响步骤(2)中含蛇纹石矿物的粉粒体在煅烧炉中的燃烧状况。

进一步地，干燥后所述含有蛇纹石矿物的粉粒体中的吸附水含量可为1％～2％。例如，干燥温度为90℃～105℃时，干燥后所述含有蛇纹石矿物的粉粒体中的吸附水含量可低于2％。当然，干燥温度为80℃～90℃时，只要干燥时间足够，干燥后所述含有蛇纹石矿物的粉粒体中的吸附水含量也可低于2％。

经破粉碎后，含有蛇纹石矿物的粉粒体密度为1.1kg/m³～2.0kg/m³。含有蛇纹石矿物的粉粒体的粒径为视实际需要，包括但不限于0.03mm～80mm。这主要是因为破碎应根据实际产品需求破碎到一定的粒度，例如，作为建筑集料的粗骨料，颗粒粒径应4.75mm～80mm，用以替代碎石和卵石等；作为建筑细骨料，其颗粒粒径应控制在0.16mm～5mm，以替代天然或人工砂石；作为聚合物制品的填料时，颗粒粒径应控制在0.03mm～0.16mm。

另外，所述粉粒体还可用于耐火材料原料，颗粒级配应符合最紧密堆积，细颗粒为0.03mm～0.1mm，该粒度有利于增加烧结的推动力，减少粒子扩散距离，提高颗粒溶解度。

(2)将步骤(1)获得的含蛇纹石矿物的粉粒体置入煅烧炉中加热煅烧，煅烧温度为850℃～1200℃，煅烧含有蛇纹石矿物的粉粒体10min～2h，获得主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体。

可采用立窑、回转窑或者预分解窑对所述含有蛇纹石矿物的粉粒体进行煅烧处理。

煅烧温度为850℃～1200℃，煅烧时间为10min～2h是因为：若煅烧温度低于850℃或煅烧时间低于10min，将无法实现含蛇纹石矿物完全转变为镁橄榄石相；而当煅烧温度大于1200℃时，含蛇纹石矿物开始烧结熔融，含蛇纹石矿物虽发生了晶相转变，但后续的利用价值会受影响，同时高温转相需要消耗大量的热量，不满足节能环保要求；煅烧时间大于2h后，此时含蛇纹石矿物已经完成晶相转变，增加焙烧时间浪费能源。

例如，煅烧温度可为900℃、1000℃、1100℃、1200℃等，煅烧时间可为10min、30min、50min、70min、90min、110min等。

进一步地，升温速率为3℃/min～20℃/min。煅烧过程的升温速度过低或煅烧时间过长，则生产效率低，生产成本增加，造成能源浪费，拉长周期；若升温速度过高或煅烧时间过短，则导致晶相转变效果变差和不充分。例如，升温速率可以为3℃/min、5℃/min、8℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min等。

本方法制备的硅酸镁粉粒体，主晶相为橄榄石，但可通过调整粉粒体粒径、煅烧温度、煅烧时间等工艺参数生产用于不同领域的系列产品，工艺简单，安全环保。

本发明另一方面提供了一种硅酸镁粉粒体，所述硅酸镁粉粒体采用如上所述的硅酸镁粉粒体的制备方法制备而成。

本实施例所获得的主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体可为黄灰色～黄绿色，莫氏硬度可为6.5～7.5，块体抗压强度可为50MPa～180MPa，耐火度可为1500℃～2100℃，可用于耐火材料原料、冶金助溶剂、建筑集料、磨料、喷砂料和聚合物填料。

优选地，以主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体的宏观结构为黄褐色粉末，微观形貌为板块状、片状。

与传统建筑集料相比，以主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体具有更高的硬度，同时相比于传统建筑集料原料的复杂性，以主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体的原料均一性高，建造的建筑体力学稳定性和结构稳定性更高。

与传统的耐火材料相比，以主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体耐火度更高，最高可达2000℃以上，高温强度大，对碱性炉渣具有更强的抵抗能力。

与传统聚合物填料相比，以主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体可提高聚合物材料的刚度和填充材料的耐热性，还可改良聚合物材料的抗蠕变特性。

本发明再一方面提供了一种如上所述的硅酸镁粉粒体作为建筑集料、聚合物填料、冶金助溶剂、磨料、喷砂料或耐火材料原料的应用。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合附图和具体示例对其进行进一步说明。

示例1

一种硅酸镁粉粒体的制备方法，可包括以下步骤：

S1、选择温石棉选矿尾渣作为含有蛇纹石矿物的原料，将温石棉选矿尾渣进行干燥、破粉碎，获得主要含有蛇纹石矿物的粉粒体。

其中，按质量百分比计，含有蛇纹石矿物的粉粒体的化学组成为：38％MgO、36％SiO₂、9％CaO、12％Fe₂O₃和5％Al₂O₃。

经破粉碎处理后，含有蛇纹石矿物的粉粒体的粒径为0.05～0.15mm。

S2、将步骤S1获得的含有蛇纹石矿物的粉粒体置入回转窑窑中，以900℃加热煅烧50min，获得主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体。

煅烧处理后，获得的硅酸镁粉粒体产品的粒径小于0.15mm，其微观形貌图见图1。

本示例获得的主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体可作为聚合物制品的填料。

示例2

一种硅酸镁粉粒体的制备方法，可包括以下步骤：

S1、选择蛇纹岩作为含有蛇纹石矿物的原料，将蛇纹岩进行干燥、破粉碎，获得主要含有蛇纹石矿物的粉粒体。

其中，按质量百分比计，含有蛇纹石矿物的粉粒体的化学组成为：40％MgO、39％SiO₂、7％CaO、10％Fe₂O₃和4％Al₂O₃。

经破粉碎处理后，含有蛇纹石矿物的粉粒体的粒径为5mm～30mm。

S2、将步骤S1获得的含有蛇纹石矿物的粉粒体置入预分解窑窑中，以950℃加热煅烧30min，获得主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体。

煅烧处理后，获得的硅酸镁粉粒体产品粒径为5mm～30mm，可作为建筑集料的粗骨料，用以替代碎石和卵石等。

示例3

一种硅酸镁粉粒体的制备方法，可包括以下步骤：

S1、选择蛇纹石选矿尾渣作为含有蛇纹石矿物的原料，将蛇纹石选矿尾渣进行干燥、破粉碎，获得主要含有蛇纹石矿物的粉粒体。

其中，按质量百分比计，含有蛇纹石矿物的粉粒体的化学组成为：36％MgO、38％SiO₂、8％CaO、15％Fe₂O₃和3％Al₂O₃。

经破粉碎处理后，含有蛇纹石矿物的粉粒体的粒径为0.15mm～5mm。

S2、将步骤S1获得的含有蛇纹石矿物的粉粒体置入预分解窑窑中，以1050℃加热煅烧13min，获得主晶相为橄榄石的硅酸镁粉粒体。

煅烧处理后，获得的硅酸镁粉粒体产品粒径为0.15mm～5mm，可作为建筑细骨料，用以替代天然或人工砂石等。

综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料生产主晶相为橄榄石粉粒体，实现了固体废物的资源化利用，对资源保护、节约与高值化利用，具有重要的生态与可持续发展意义。

(2)蛇纹石尾渣、废石、尾矿的资源化利用对尾渣库安全、环境保护、复垦、复绿具有重要的生态与环境意义。

(3)以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料经加工处理获得新型主晶相为橄榄石粉粒体产品，具有生产工艺简单、节能减排、产品附加值高、生态环境效益高等优势，对发展新材料产业与社会经济具有重要意义。

(4)本发明通过焙烧处理将岩石、废石、尾矿中的石棉纤维分解、转相，形成无毒无害的以橄榄石为主晶相的硅酸镁粉粒体产品，该粉粒体产品可广泛用作耐火材料原料、冶金助溶剂、建筑集料、磨料、喷砂料和聚合物填料。

(5)本发明在硅酸镁粉粒体的制备过程中，考虑了粉尘处理、废气利用、固废利用的等问题，在工艺流程中无三废排放，可实现绿色工艺流程，符合环境保护基本要求。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。