葛鶴松，李舟，蔡有興

（1.瀏陽市古港鎮(zhèn)磊獅山采石場，湖南 長沙 410300；2.湖南金馬硅業(yè)有限公司；3.國土資源部長沙礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心）

瀏陽白云石制輕質(zhì)碳酸鎂煅燒和碳化工藝研究

葛鶴松1，李舟2，蔡有興3

（1.瀏陽市古港鎮(zhèn)磊獅山采石場，湖南 長沙 410300；2.湖南金馬硅業(yè)有限公司；3.國土資源部長沙礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心）

摘 要考察了白云石煅燒工藝對煅燒白云石活性度的影響。結(jié)果表明，對于粒度為5～15 mm、15～20 mm、20～30 mm的白云石，其煅燒溫度應(yīng)分別控制在995、1 005、1 020℃。粒度為15～20 mm的白云石，在995℃下的煅燒時間為60～100 min。通過碳化工藝實驗，優(yōu)選出較合理的碳化工藝條件，即碳化在加壓狀態(tài)下進行，壓力控制在0.30 MPa以上、溫度控制在35℃以下、漿液中氧化鎂質(zhì)量濃度控制在10～12 g/L、碳酸化反應(yīng)時間為50 min。

關(guān)鍵詞：白云石；輕質(zhì)碳酸鎂；加壓碳化

堿式碳酸鎂是一種重要的無機化工產(chǎn)品，用途十分廣泛，既可用于制備高純鎂砂、鎂鹽系列產(chǎn)品的原料，又可用作橡膠、藥物、絕緣材料、牙科制劑、高級玻璃、食品及各種化工產(chǎn)品的添加劑和改良劑。白云石是鈣和鎂碳酸鹽的化合物，其理論組成：w（CaO）=30.4％、w（MgO）=21.7％、w（CO2）=47.9％。目前中國水鎂石礦物資源越來越稀缺，用白云石制備出的堿式碳酸鎂用途更廣，效果更佳，因此利用白云石制備堿式碳酸鎂具有重要的經(jīng)濟意義。

1 實驗

1.1 原料、試劑及儀器

原料與試劑：白云石礦。酚酞試劑、檸檬酸，均為分析純。二氧化碳?xì)怏w。

儀器：回轉(zhuǎn)窯（Φ0.2 m×5.1 m）、TD5B型臺式大容量離心機、磁力攪拌器、101-1A型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱、HH-2型水浴鍋、pHS-3C型pH計、CJ型高壓反應(yīng)釜（2 L）。

1.2 制備原理

輕質(zhì)碳酸鎂和輕質(zhì)氧化鎂生產(chǎn)原料基本相同，一般情況下先生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鎂，再進一步加工成輕質(zhì)氧化鎂。將一定粒度的白云石和白煤按一定比例混配均勻，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)1 000～1 200℃高溫煅燒成白云灰，經(jīng)消化精制成精灰乳。窯氣經(jīng)凈化、除塵、降溫、壓縮后同精灰乳進行碳化、壓濾、熱解、再壓濾、干燥、粉碎、包裝等工序制成輕質(zhì)碳酸鎂產(chǎn)品。其反應(yīng)式如下：

輕質(zhì)碳酸鎂經(jīng)煅燒制輕質(zhì)氧化鎂反應(yīng)式如下：

1.3 實驗方法

輕質(zhì)碳酸鎂的質(zhì)量和產(chǎn)率主要與煅燒溫度、碳化過程有關(guān)系，尤其是加壓碳化過程中CO2分壓的影響。實驗的目的是通過實驗尋找出合適的煅燒和碳化工藝技術(shù)參數(shù)。

1.3.1 煅燒活性的測定

首先配制濃度為0.133 mol/L的檸檬酸溶液100 mL，置于燒杯中，加入酚酞指示劑，磁力攪拌，控制溶液溫度為30℃，再加入2 g白云石灰粉，秒表計時，當(dāng)溶液變?yōu)榉奂t色的時候停止計時，記錄變色所用時間。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 煅燒工藝［1-4］

2.1.1 粒度、煅燒溫度對煅燒白云石質(zhì)量的影響

實驗條件：煅燒時間為70 min，煅燒溫度為950～1 065℃，實驗結(jié)果見表1。從表1可以看出，不同粒度的白云石煅燒后活性度隨煅燒溫度升高先增大后減小，說明在達到某個溫度后會產(chǎn)生過燒。從表1實驗結(jié)果來看，粒度為20～30 mm的白云石在煅燒溫度為950～1 020℃時活性逐漸增加，在1 020℃時活性度最大；同樣粒度為15～20 mm的白云石達到最大活性時的煅燒溫度為1 005℃；粒度為5～15 mm的白云石達到最大活性的煅燒溫度是995℃。達到最大活性所需的煅燒溫度隨著白云石粒度增大而升高。不同粒度白云石燒失量隨煅燒溫度升高而減小，在初始階段燒失量變化顯著，隨后變化趨于緩慢。綜合考慮，實驗選擇最佳的煅燒溫度為980～1 020℃。

表1 粒度和煅燒溫度對白云石活性和燒失量的影響

2.1.2 粒度、煅燒時間對煅燒白云石質(zhì)量的影響

實驗條件：煅燒溫度為995℃，白云石粒度為20～30 mm和15～20 mm，煅燒時間為30～110 min，實驗結(jié)果見表2。由表2可見，在煅燒溫度保持不變的條件下延長煅燒時間，煅燒白云石活性增加、燒失量降低。但在相同煅燒時間內(nèi)，大粒度白云石比小粒度白云石活性低、燒失量高。增加煅燒時間，小粒度白云石出現(xiàn)過燒，活性大幅下降，但對大粒度白云石有利。在實際生產(chǎn)中，粒度在15～20 mm的白云石占大多數(shù)，在溫度為995℃時，時間應(yīng)控制在60～100 min，這樣煅燒得到的白云石質(zhì)量較優(yōu)。

表2 粒度、煅燒時間對煅燒白云石的活性和燒失量的影響

2.2 碳化工藝［5］

在消化溫度為80℃、時間為30 min的條件下，對研磨的白云灰進行消化。消化漿液經(jīng)第一步常壓碳化后pH由12降至9.5，排放至攪拌槽內(nèi)加水稀釋、冷卻，然后進入加壓碳化塔與CO2進行第二步碳化反應(yīng)，碳化終點pH為6.8。

2.3 碳化壓力

第二步碳化在加壓狀態(tài)下進行，在窯氣CO2體積分?jǐn)?shù)為30％、漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％、碳化溫度為30℃的條件下，考察了碳化壓力對重鎂溶液的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，碳化壓力應(yīng)控制在0.30 MPa以上。

圖1 碳化壓力與重鎂溶液的關(guān)系

2.4 碳化溫度

在漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％、窯氣CO2體積分?jǐn)?shù)為30％、碳化壓力為0.30 MPa的條件下，考察了碳化溫度對重鎂溶液的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，碳化溫度為25℃時，重鎂溶液中MgO的濃度最大；繼續(xù)升高溫度，MgO的濃度反而下降。因此碳化的溫度應(yīng)控制在25℃。

圖2 碳化溫度與重鎂溶液的關(guān)系

2.5 漿液濃度

在碳化溫度為25℃、碳化壓力為0.30 MPa、窯氣CO2體積分?jǐn)?shù)為30％的條件下，考察了漿液濃度對重鎂溶液的影響，圖3為漿液濃度與MgO收率的關(guān)系。由實驗得出，碳化后的漿液中MgO質(zhì)量濃度控制在10～12 g/L為宜，此時MgO收率維持在較高水平。提高漿液濃度，碳化后重鎂溶液的MgO濃度無明顯提高，MgO收率反而有所下降。

圖3 漿液濃度與重鎂溶液的關(guān)系

2.6 碳化時間

在漿液MgO質(zhì)量濃度為12 g/L、窯氣CO2體積分?jǐn)?shù)為30％、碳化壓力為0.32 MPa、溫度為30℃的條件下，考察了反應(yīng)時間對重鎂溶液的影響，結(jié)果見表3。由表3可以看出，碳化到終點后液相中氧化鎂的含量相對穩(wěn)定。而隨著碳化時間的延長，可溶性Ca（HCO3）2生成的機率不斷增加，使液相中氧化鈣的含量呈微漲的趨勢。綜合考慮，碳化反應(yīng)時間控制在50 min為宜。

表3 反應(yīng)時間與重鎂溶液的關(guān)系

3 結(jié)論

1）對于粒度為5～15 mm、15～20 mm、20～30 mm的白云石，其煅燒溫度應(yīng)分別控制在995、1 005、1 020℃。在煅燒溫度為995℃時，粒度為15～20 mm白云石其適宜的煅燒時間為60～100 min。

2）通過碳化工藝實驗，優(yōu)選出合理的碳化工藝條件，即碳化在加壓狀態(tài)下進行，壓力控制在0.30 MPa以上，溫度控制在35℃以下，漿液中氧化鎂質(zhì)量濃度控制在10～12g/L，碳化反應(yīng)時間為50min。

參考文獻：

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聯(lián)系方式：285490986@qq.com

中圖分類號：TQ127.13

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-4990（2013）08-0036-03

收稿日期：2013-02-18

作者簡介：葛鶴松（1984—），男，技術(shù)部長，工程師，主要從事化工礦物加工研究，已公開發(fā)表文章6篇。

Study on technological process of calcining and carbonation for production of light magnesium carbonate from dolomite

Ge Hesong1，Li Zhou2，Cai Youxing3
（1.Liuyang Gugangzhen Shishan Quarry，Changsha 410300，China；2.Hunan Jinma Silica Co.，Ltd.；3.Changsha Supervision and Inspection Center for Mining Resources，Ministry of Land and Resources）

Abstract：Influence of calcining technology on the activity of calcined dolomite was investigated.Results showed that the calcining temperatures should be controlled at 995℃，1 005℃，and 1 020℃for the dolomite with particle size of 5～15 mm，15～20 mm，and 20～30 mm，respectively；at the calcining temperature of 995℃，calcination time for the dolomite with grain size of 15～20 mm was at 60～100 min.By the test of carbonation，the reasonable technological conditions were optimized，i.e. the carbonation was conducted under pressure and the pressure was controlled above 0.3 MPa；the temperature was below 35℃，the MgO mass concentration in the slurry was 10～12 g/L，and the carbonation time was 50 min.

Key words：dolomite；light magnesium carbonate；pressure carbonation