摘 """""要：以低品位菱鎂礦原料為研究對(duì)象，利用管式高溫爐，通過(guò)改變混合氣中CO₂的體積分?jǐn)?shù)，得到在800～1"000"℃下進(jìn)行煅燒后的產(chǎn)物，并通過(guò)水合法測(cè)定產(chǎn)物的活性。研究結(jié)果表明：在相同的溫度和原料完全分解的條件下，增加CO₂體積分?jǐn)?shù)會(huì)導(dǎo)致煅燒產(chǎn)物活性逐漸降低，說(shuō)明煅燒氣氛中CO₂的存在降低了產(chǎn)物活性。而當(dāng)煅燒氣氛成分相同時(shí)，產(chǎn)物活性隨著煅燒溫度的升高而增加，在900"℃時(shí)達(dá)到峰值，之后隨著溫度的升高而降低。在實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)溫度為900"℃且CO₂體積分?jǐn)?shù)為0時(shí)，煅燒菱鎂礦產(chǎn)物表現(xiàn)出最好的活性。

關(guān) "鍵 "詞：管式爐；菱鎂礦；活性；水合法；CO₂氣氛

中圖分類號(hào)：TQ132.2 """"""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A """"""文章編號(hào)： 1004-0935（2024）12-1857-04

我國(guó)菱鎂礦資源豐富，儲(chǔ)備量巨大。遼寧省擁有世界罕見(jiàn)的優(yōu)質(zhì)菱鎂礦資源，具有較大的開(kāi)發(fā)前景和價(jià)值^[1-2]。輕燒MgO又稱為活性MgO，是菱鎂礦在700～1 000 ℃經(jīng)過(guò)煅燒制得的產(chǎn)物^[3]，活性MgO是一種具有廣泛用途的功能材料^[4]，其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)使其在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。它可以作為催化劑、吸附劑和催化劑載體等。活性MgO還可以用于土壤修復(fù)和固體廢物處理等方面，對(duì)環(huán)境的改善具有積極的作用^[5]。此外，活性MgO在醫(yī)藥領(lǐng)域中也具有重要意義。通過(guò)進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)，相信活性MgO將發(fā)揮更大的作用，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)^[6]。不同活性的MgO用途不同，因此如何準(zhǔn)確、高效、快速地測(cè)得在不同工況下MgO的活性至關(guān)重要。依據(jù)MgO自身的物理化學(xué)性質(zhì)以及自身的晶體結(jié)構(gòu)，可通過(guò)比表面積法、檸檬酸法、物相分析法、熱分析法、水合法、吸碘值法等測(cè)定MgO的活性^[7]。

菱鎂礦輕燒產(chǎn)物活性的影響因素很多：①原料產(chǎn)地。遼寧海城菱鎂礦在800～1 000 ℃輕燒產(chǎn)物活性最高^[8]，山東掖縣菱鎂礦在600 ℃輕燒產(chǎn)物活性最高^[9]。②輕燒溫度。錢海燕等^[10]研究了煅燒溫度對(duì)菱鎂礦輕燒產(chǎn)物活性的影響，結(jié)果表明，隨著煅燒溫度的升高，活性逐漸提高達(dá)到最高，之后隨著煅燒溫度和保溫時(shí)間的增加，輕燒產(chǎn)物的活性逐漸降低。③保溫時(shí)間。任慶利等^[11]研究保溫時(shí)間對(duì)MgO活性的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)在確保菱鎂礦基本分解的前提下，保溫時(shí)間以較短為宜。④升溫速率和原料粒徑，對(duì)于菱鎂礦輕燒產(chǎn)物的活性均有一定的影響，但影響程度沒(méi)有其他因素影響效果明顯^[12]。關(guān)于CO₂氣氛對(duì)菱鎂礦輕燒產(chǎn)物的影響研究較少，王櫻澈等^[13]研究了含CO₂氣氛中菱鎂礦分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)CO₂的存在會(huì)抑制菱鎂礦粉的分解，使其表觀活化能顯著增大。王剛等^[14]研究了輕燒氣氛中CO₂、H₂O含量對(duì)產(chǎn)物活性的影響，得出CO₂、H₂O的存在降低了輕燒產(chǎn)物的活性。上述研究以及相關(guān)論述主要集中于純氣氛中熱分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究。在生產(chǎn)過(guò)程中，菱鎂礦煅燒多在混合氣氛中進(jìn)行，而混合氣氛中CO₂含量對(duì)于菱鎂礦活性的影響研究鮮有報(bào)道。

利用管式高溫爐，對(duì)低品位菱鎂礦在不同體積分?jǐn)?shù)的CO₂氣氛下制備輕燒MgO，通過(guò)水合法測(cè)定輕燒產(chǎn)物活性，為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

1 "實(shí)驗(yàn)部分

1.1 "實(shí)驗(yàn)原料及裝置

選取遼寧省海城市質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于38%的低品位天然菱鎂礦為原料，經(jīng)破碎機(jī)破碎后，篩選出粒徑小于120 μm菱鎂礦顆粒作為實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，將篩好的菱鎂礦顆粒放入干燥器中備用。

管式爐裝置流程示意圖如圖1所示。OTF系列管式高溫爐（OTF-1200X，合肥科晶材料技術(shù)有限公司），由控制系統(tǒng)與爐膛相結(jié)合。爐襯采用高純氧化鋁聚輕材料，電阻絲作為加熱元件。石英玻璃管貫穿于爐膛，爐管進(jìn)出口用不銹鋼法蘭密封，加熱元件與爐膛平行，均勻地分布在爐管周圍，有效地保證了溫度場(chǎng)的均勻性，使用長(zhǎng)壽命的“K”型熱電偶與爐管接觸，來(lái)提高控制溫度的精確性，有利于對(duì)金屬、非金屬及其他化合物材料在CO₂氣氛下進(jìn)行快速燒結(jié)、熔化、分解和反應(yīng)。OTF系列管式爐能夠快速開(kāi)啟，快速升降溫，對(duì)于實(shí)驗(yàn)?zāi)茏龅窖杆偌訜岬街付囟?，能夠判斷出反?yīng)溫度及不同體積分?jǐn)?shù)的CO₂氣氛對(duì)菱鎂礦輕燒產(chǎn)物的影響效果。

1.2 "實(shí)驗(yàn)過(guò)程及表征手段

首先，管式爐左端進(jìn)氣口連接好法蘭，并通入不同體積分?jǐn)?shù)的CO₂氣體，以N₂作為載氣，以N₂和CO₂作為混合氣，N₂與CO₂體積比分別為100∶0、80∶20、60∶40、40∶60，并控制混合氣體總流量為400"mL·min^-1。將管式爐按照10"℃·min^-1升溫速率，分別升至指定輕燒溫度800、850、900、950、1"000"℃。在此過(guò)程，稱取菱鎂礦顆粒原料10.00"g置于剛玉方舟中，鋪展均勻。然后，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)，在管式爐出口處，將裝有原料的剛玉方舟放在出口停留10～15"s，用爐鉤將剛玉方舟勻速推入到管式爐中央位置，推入的同時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)30"min，保持菱鎂礦原料在目標(biāo)溫度持續(xù)熱解30"min。加熱30"min后，迅速用爐鉤將裝有原料的剛玉方舟鉤出，并用坩堝鉗將其夾出，幾分鐘后，將溫度驟降的剛玉方舟放入干燥箱內(nèi)繼續(xù)冷卻至室溫，再進(jìn)行稱量保存及測(cè)其活性。

測(cè)定MgO的活性的方法很多，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，分別采取了檸檬酸法以及水合法。首先，檸檬酸法具有操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)主觀因素大、重復(fù)性及誤差因素多，輕燒后的菱鎂礦產(chǎn)物顏色偏粉，與酚酞滴定后的變色現(xiàn)象粉紅色有一定的接近，對(duì)MgO活性測(cè)定造成一定的時(shí)間偏差。最后，采用了水合法對(duì)MgO活性進(jìn)行測(cè)定^[15]。

首先，稱取1.00 g試樣，精確至0.000 1 g。然后，測(cè)定時(shí)稱取3份試樣進(jìn)行平行測(cè)定，將試樣置于35 mm×70 mm玻璃稱量瓶中，加入40 mL蒸餾水，蓋上蓋子并留有縫隙，在溫度（20±2） ℃、相對(duì)濕度70%±5%條件下靜置水化24 h，放入恒溫干燥箱中，于100 ℃烘1 h。然后升溫至（150±5） ℃烘干，并在此溫度下烘干至恒量，置于干燥器中冷卻至室溫，稱量。

輕燒產(chǎn)物中活性MgO含量用質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω計(jì)，由式（1）計(jì)算得出。

式中：W₁—試樣水化前的質(zhì)量，g；

W₂—試樣水化后的質(zhì)量，g；

0.45—MgO水化反應(yīng)生成的質(zhì)量增加換算成MgO的系數(shù)的倒數(shù)。

2 "結(jié)果與討論

2.1 "菱鎂礦的失重率

不同CO₂氣氛下不同溫度菱鎂礦輕燒產(chǎn)物失重率如圖2所示。由圖2可知，隨著溫度的升高，失重率增加。800 ℃和900 ℃菱鎂礦的失重率隨著CO₂體積分?jǐn)?shù)的增加而降低，CO₂起到明顯的抑制作用；當(dāng)溫度達(dá)到900 ℃時(shí)，不同體積分?jǐn)?shù)的CO₂氣氛下的失重率穩(wěn)定保持在43%左右。

2.2 "不同體積分?jǐn)?shù)CO₂氣氛對(duì)輕燒產(chǎn)物的影響

不同體積分?jǐn)?shù)CO₂氣氛下的輕燒產(chǎn)物活性如圖3所示。由圖3可知，隨著溫度的升高，MgO活性逐漸增加。900 ℃時(shí)，產(chǎn)物活性最好，隨著溫度的繼續(xù)升高活性逐漸下降。在相同溫度下，CO₂體積分?jǐn)?shù)從0升至60%時(shí)，MgO的活性也在逐漸降低，可知CO₂對(duì)活性起到明顯的抑制作用。溫度為900 ℃、CO₂體積分?jǐn)?shù)為0時(shí)，MgO活性為62%，在研究所有工況中的活性最好。

2.3 "CO₂氣氛對(duì)實(shí)際煙氣氣氛的應(yīng)用

掌握不同體積分?jǐn)?shù)的CO₂氣氛對(duì)菱鎂礦輕燒產(chǎn)物的影響，可以為后續(xù)處理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)際煙氣的工況應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。將CO₂氣氛與燃料混合，在燃燒過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)高效、低污染的能源轉(zhuǎn)換，減少有害氣體的排放，提高工廠的環(huán)境友好性。CO₂氣氛可以用于調(diào)節(jié)、控制工廠生產(chǎn)過(guò)程中的壓力，通過(guò)調(diào)整CO₂氣氛的壓力與其他氣體的比例，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工藝參數(shù)的控制，確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。CO₂氣氛的應(yīng)用可以減少對(duì)環(huán)境的污染。相比于其他一些常用氣體，如氧氣、氮?dú)獾?，CO₂是一種相對(duì)較為環(huán)保的氣體，使用CO₂氣氛能夠降低工廠對(duì)環(huán)境的負(fù)荷，并符合可持續(xù)發(fā)展的要求^[16]?？傊?，了解CO₂氣氛的特性和變化，可以指導(dǎo)實(shí)際工況的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，促進(jìn)輕燒產(chǎn)物活性的控制，同時(shí)也有助于提高M(jìn)gO的活性，最終得到高品質(zhì)的產(chǎn)品。CO₂氣氛在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減少不必要的能源消耗和環(huán)境污染，其在節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展方面有著重要的作用^[17]。因此，無(wú)論從環(huán)保還是經(jīng)濟(jì)角度看，CO₂氣氛對(duì)實(shí)際煙氣氣氛的應(yīng)用都具有重要的應(yīng)用前景和意義。

3 "結(jié) 論

本文利用管式爐對(duì)低品位的菱鎂礦（粒徑小于"""120 μm）進(jìn)行了輕燒實(shí)驗(yàn)，研究了CO₂氣體氣氛的不同比例對(duì)輕燒產(chǎn)物活性的影響，得出以下結(jié)論：

1）在管式爐的輕燒條件下，煅燒溫度900 ℃、CO₂體積分?jǐn)?shù)為0時(shí)，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%，活性最好。

2）在不同混合氣氛下，隨著CO₂體積分?jǐn)?shù)的不斷增加，對(duì)輕燒產(chǎn)物活性起到明顯的抑制作用?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)控制溫度、保溫時(shí)間、不同體積分?jǐn)?shù)CO₂氣氛，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品的價(jià)值，為今后的生產(chǎn)實(shí)際提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［[1］]"魏炳舉，張萬(wàn)峰．一種極具發(fā)展前景的鎂系產(chǎn)品——?dú)溲趸V[J]．海湖鹽與化工，2003，（（01））：26-29+33．

［[2］]"張國(guó)棟，史大業(yè)，龐寶貴．遼寧省菱鎂礦現(xiàn)狀及耐火材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[C]．中國(guó)耐火材料行業(yè)協(xié)會(huì)．新形勢(shì)下全國(guó)耐火原料發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)論文集，中國(guó)耐火材料行業(yè)協(xié)會(huì)：中國(guó)耐火材料行業(yè)協(xié)會(huì)，2014：125-133．

［[3］]"PEHLIVAN E，，"OZKAN A M，，"DIN? S， et al，Adsorption of Cu²⁺"and Pb²⁺"ion on dolomite powder[J]．Journal of Hazardous Materials，，"2009，，"167（1/2/3）：1044-1049.

［[4］]"王倩倩，陳中航，李曉安，等．熱處理菱鎂礦制備氧化鎂的國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展[J]．礦產(chǎn)綜合利用，2019，（（02））：9-15．

［[5］]"田露，TAHMASEBI Arash Tahmasebi，李先春，等．氧化鎂活性及用于煙氣脫硫的實(shí)驗(yàn)研究[J]．化工礦物與加工，2015，44（（04））：22-24+28．

［[6］]"李東亮，王康軍，李運(yùn)甲，等．中低品位菱鎂礦煅燒產(chǎn)物硫化氫脫除性能研究[J]．金屬礦山，2022，（（09））：223-229．

［[7］]"汪衢，白麗梅，馬玉新，等．菱鎂礦煅燒制備氧化鎂及其活性檢測(cè)的研究進(jìn)展[J]．有色金屬（（冶煉部分）），2022，（（01））：36-44．

［[8］]"崔崇，彭長(zhǎng)琪，崔可浩，等．影響菱鎂礦燃燒氧化鎂粉活性的因素[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，（（03））：42-48．

［[9］]"肖學(xué)英，何榮昌，孫慶國(guó)，等．肅北菱鎂礦焙燒條件與鎂水泥性能的關(guān)系[J]．鹽湖研究，1999，（（04））：49-54．

［[10］] 錢海燕，鄧敏，張少明．菱鎂礦煅燒活性氧化鎂實(shí)驗(yàn)研究[J]．非金屬礦，2004（（06））：1-2．

［[11］] 任慶利，劉斌，陳維，等．燒制工藝對(duì)氧化鎂活性的影響[J]．絕緣材料，2003，（（03））：16-18+15．

［[12］] 薛原，閻富生，胡賢忠，等．菱鎂礦煅燒制備輕燒鎂正交試驗(yàn)[J]．材料與冶金學(xué)報(bào)，2021，20（（01））：64-67．

［[13］] 王櫻澈，劉雪景，許光文．含CO₂抑制性氣氛中菱鎂礦分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[J]．遼寧化工，2020，49（（12））：1475-1478．

［[14］] 王剛，夏志豪，李希艷，等．不同氣氛下流化床菱鎂礦輕燒產(chǎn)物特性研究[J]．化工學(xué)報(bào)，2022，73（（08））：3699-3707．

［[15］] 關(guān)巖，畢萬(wàn)利，張玲．低品位菱鎂礦煅燒制備活性氧化鎂試驗(yàn)[J]．冶金能源，2015，34（（04））：33-36．

［[16］] 江梅，郭敏，程華，等．燒結(jié)煙氣超低排放全過(guò)程控制優(yōu)化技術(shù)探討[J]．燒結(jié)球團(tuán)，2023，48（（02））：115-121．

［[17］] 鄧靖，吳銀登，黃強(qiáng)．生活垃圾焚燒煙氣再循環(huán)技術(shù)分析與試驗(yàn)探討[J]．節(jié)能與環(huán)保，2022，（（12））：70-71．

Study on the Activity of Light-Burned Product of Low-Grade

Magnesite in the Mixed Atmosphere of CO₂"and N₂

SUN Rui-ze， ZHANG Yue-liang， SONG Xing-fei

（Institute of Industrial Chemistry and Energy Technology， Key Laboratory on Resources Chemicals and Materials of Ministry of Education， Shenyang University of Chemical Technology， Shenyang Liaoning 110142， China）

Abstract："Taking low-grade magnesite as the research object， the product calcined at 800～1 000 ℃"was obtained by changing the volume fraction of CO₂"in the mixed gas in a tubular high-temperature furnace， and the activity of the product was determined by hydration method. The results show that under the same temperature and the complete decomposition of raw materials， increasing the volume fraction of CO₂"could"gradually reduce the activity of calcined products， indicating that the existence of CO₂"in the calcination atmosphere reduced"the activity of products. However， when the composition of calcination atmosphere was"the same， the product activity increased"with the increase of calcination temperature， reached"the peak at 900 ℃， and then decreased"with the increase of temperature. Under the experimental conditions， when the temperature was 900 ℃"and the volume fraction of CO₂"was"0， the calcined magnesite product had"the best activity.

Key words："Tube furnace; Magnesite; Activity; Hydration; CO₂"atmosphere