利用菱鎂礦粉狀尾礦制備氧化鎂工藝研究

王　政，馮愛玲，趙　磊，林江順

（北京礦冶研究總院，北京100160）

利用菱鎂礦粉狀尾礦制備氧化鎂工藝研究

王政，馮愛玲，趙磊，林江順

（北京礦冶研究總院，北京100160）

針對(duì)制備高純鎂砂的菱鎂礦粉狀尾礦，采用菱鎂礦精制-壓球-輕燒工藝，可直接得到合格的鎂砂產(chǎn)品。在菱鎂礦精制過(guò)程中，添加球團(tuán)添加劑，使后續(xù)工藝輕燒過(guò)程中菱鎂礦保持球團(tuán)形貌特征，避免球團(tuán)大量粉化造成豎窯堵塞。通過(guò)沖擊測(cè)試得到的輕燒球團(tuán)強(qiáng)度，即從0.5 m墜落次數(shù)可達(dá)10次，粉體活性＜230 s，燒失率＜0.1%。

菱鎂礦；精制；壓球；輕燒

菱鎂礦是一種工業(yè)用途非常廣泛的含鎂礦物，主要應(yīng)用于耐火材料、建筑原料、化工原料和提煉金屬鎂及鎂化合物等領(lǐng)域［1-2］。

目前，高純鎂砂的生產(chǎn)工藝有菱鎂礦煅燒法，白云石碳化法和鹵水碳銨法［3-5］。菱鎂礦煅燒法直接采用優(yōu)質(zhì)的菱鎂礦煅燒，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低。白云石碳化法由于采用含鈣白云石，缺點(diǎn)為鈣雜質(zhì)與鎂分離困難，難以達(dá)到高純鎂砂的純度。鹵水碳銨法生產(chǎn)成本較高，并且要用到銨鹽溶液，會(huì)產(chǎn)生氨氮廢液，容易造成環(huán)境污染。在遼寧省海城至營(yíng)口大石橋一帶，由于菱鎂礦雜質(zhì)含量較低，大都采用菱鎂礦煅燒法制備高純鎂砂，即將優(yōu)質(zhì)菱鎂礦塊礦直接運(yùn)送至爐窯煅燒，從而得到高純鎂砂。而菱鎂礦的粉狀礦由于無(wú)法直接進(jìn)入爐窯煅燒，故一般作為尾礦堆填至尾礦庫(kù)。隨著堆積尾礦量的增大，資源化開發(fā)利用菱鎂粉狀礦尾礦就成為企業(yè)和行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)。然而這部分尾礦經(jīng)一次壓球，在豎窯內(nèi)輕燒后易粉化，造成爐窯通風(fēng)堵塞，并且后續(xù)的利用需要進(jìn)行二次壓球，大大提高了生產(chǎn)成本。筆者針對(duì)菱鎂礦粉狀尾礦做了研究，開發(fā)出了菱鎂礦精制-壓球-輕燒生產(chǎn)合格鎂砂新工藝，以期為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1原料

實(shí)驗(yàn)原料為某鎂礦廠采用菱鎂礦煅燒法形成的菱鎂礦粉狀尾礦，其主要成分定量分析結(jié)果見表1。由表1分析可知，該尾礦為單一的菱鎂礦，其中氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%左右，其他雜質(zhì)的含量很低。

表1　實(shí)驗(yàn)原料的主要化學(xué)組成　%

1.2實(shí)驗(yàn)方法

通過(guò)考察菱鎂礦精制-壓球-輕燒工藝流程中菱鎂礦球團(tuán)壓制壓強(qiáng)、輕燒溫度、輕燒時(shí)間、添加劑及添加劑加入方式等條件，來(lái)研究其對(duì)最終燒結(jié)球團(tuán)強(qiáng)度、活性和灼燒率的影響。球團(tuán)強(qiáng)度測(cè)定采用墜落沖擊測(cè)試方法，即將球團(tuán)從0.5 m或0.2 m的高度自由墜落，直至球團(tuán)破碎所經(jīng)歷的次數(shù)作為球團(tuán)強(qiáng)度指標(biāo)。氧化鎂球團(tuán)活性和灼燒率分別根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 4019—2006《輕燒氧化鎂化學(xué)活性測(cè)定方法》和GB/T 5069.1—2001《鎂質(zhì)及鎂鋁（鋁鎂）質(zhì)耐火材料化學(xué)分析方法重量法測(cè)定灼燒減量》來(lái)測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1球團(tuán)壓制強(qiáng)度

取菱鎂礦粉礦分別在10、20、40、60 MPa的壓強(qiáng)下壓球，在1 150℃下輕燒30 min。采用0.5 m高度墜落測(cè)試沖擊強(qiáng)度，考察了壓制強(qiáng)度對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可見，隨著球團(tuán)壓制壓強(qiáng)增加，壓制球團(tuán)強(qiáng)度逐漸提升。這是由于壓制壓強(qiáng)越大，顆粒之間結(jié)合越緊密，在后續(xù)的輕燒過(guò)程中顆粒與顆粒之間更容易形成燒結(jié)頸。但當(dāng)壓制強(qiáng)度達(dá)到40 MPa后，球團(tuán)墜落沖擊強(qiáng)度沒有繼續(xù)提升。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇適宜的壓制強(qiáng)度為40 MPa。

圖1　球團(tuán)壓制強(qiáng)度對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響

2.2輕燒溫度

取菱鎂礦粉礦在40 MPa下壓球，分別在1 000、1 100、1 150、1 200℃的輕燒溫度下輕燒30 min，采用0.5 m高度墜落測(cè)試沖擊強(qiáng)度，考察了輕燒溫度對(duì)球團(tuán)活性、強(qiáng)度及燒失率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2　球團(tuán)輕燒溫度對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度和活性的影響

由圖2可見，隨著輕燒溫度的升高，輕燒球團(tuán)強(qiáng)度顯著提升，墜落沖擊強(qiáng)度從1次提高到6次。根據(jù)YB/T 4019—2006的測(cè)試方法，以輕燒氧化鎂和檸檬酸反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)衡量輕燒氧化鎂的活性，反應(yīng)時(shí)間越短，則活性越佳。由圖2還可見，隨著輕燒溫度升高，球團(tuán)活性卻在逐漸下降，且輕燒球團(tuán)的燒失率也隨輕燒溫度升高逐步減小。為了達(dá)到較好的球團(tuán)強(qiáng)度和較好的活性、燒失率需求，綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇適宜的輕燒溫度為1 150℃。

2.3輕燒時(shí)間

取菱鎂礦粉礦在40 MPa下壓球，在1 150℃輕燒溫度下分別輕燒10、20、30、60、120min。采用0.5m高度墜落測(cè)試沖擊強(qiáng)度，考察了輕燒時(shí)間對(duì)球團(tuán)活性及強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可見，隨著輕燒時(shí)間的延長(zhǎng)，輕燒球團(tuán)強(qiáng)度逐漸提升，但是當(dāng)輕燒時(shí)間超過(guò)60 min之后，強(qiáng)度的提升趨于平緩。同時(shí)隨著輕燒時(shí)間的延長(zhǎng)球團(tuán)活性則直線下降，遠(yuǎn)超出輕燒粉的活性標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到較好的球團(tuán)強(qiáng)度和較好的活性需求，綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇適宜的反應(yīng)時(shí)間為30 min。

圖3　球團(tuán)輕燒時(shí)間對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度和活性的影響

2.4添加劑及添加方式

取菱鎂礦粉礦在40 MPa下壓球，在1 150℃輕燒溫度下輕燒30 min，并加入添加劑，分別記作BGMGT1、BGMGT2、BGMGT3和BGMGT4。采用0.5 m高度墜落測(cè)試沖擊強(qiáng)度，考察了添加劑及其加入量對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可見，對(duì)于添加劑BGMGT1，隨著添加劑加入量的增加，輕燒球團(tuán)強(qiáng)度呈升高趨勢(shì)，直到添加量為1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）時(shí)強(qiáng)度最大，隨著繼續(xù)加入添加劑至3%時(shí)，輕燒球團(tuán)強(qiáng)度始終維持一個(gè)恒定強(qiáng)度，未出現(xiàn)明顯下降，說(shuō)明添加劑前期添加量對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度影響較大，而后續(xù)添加量對(duì)輕燒球團(tuán)強(qiáng)度無(wú)明顯影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，輔助輕燒添加劑對(duì)輕燒球團(tuán)強(qiáng)度有著重要作用。綜合考慮，取添加劑加入量為0.5%作為參考值，對(duì)BGMGT2、BGMGT3和BGMGT4進(jìn)行考察。研究發(fā)現(xiàn)，除BGMGT2對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度作用較小外，BGMGT3和BGMGT4均和BGMGT1一樣對(duì)輕燒球團(tuán)強(qiáng)度起到提高的作用。

圖4　球團(tuán)添加劑對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響

由于這4種添加劑都是水溶性藥劑，并且傳統(tǒng)輕燒鎂球團(tuán)壓制過(guò)程中均采用水作為壓制助劑，故本研究先將添加劑溶于水溶液中，考察了添加劑添加方式對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖5。由圖5可見，3種添加劑通過(guò)先溶解后添加的方式添加，對(duì)輕燒球團(tuán)強(qiáng)度的影響較大。BGMGT1和BGMGT3對(duì)輕燒球團(tuán)的影響幾乎一致，都維持在一個(gè)較高強(qiáng)度水平，但是和普通干法添加的效果一樣，添加方式的改變并沒有對(duì)輕燒球團(tuán)強(qiáng)度造成明顯的影響。而BGMGT4通過(guò)改變添加方式后對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度影響最大，同樣添加0.5%的BGMGT4后，輕燒球團(tuán)的強(qiáng)度比加入另外2種添加劑得到的強(qiáng)度提高了1倍，其本身從墜落沖擊強(qiáng)度6次提升至墜落10次，強(qiáng)度獲得了極大的提高。說(shuō)明改變添加劑添加方式僅對(duì)BGMGT4加入后的球團(tuán)強(qiáng)度影響較大，并且能明顯改善輕燒球團(tuán)抗墜落沖擊強(qiáng)度。

圖5　球團(tuán)添加劑添加方式對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響

2.5綜合條件實(shí)驗(yàn)

取菱鎂礦粉礦在40MPa壓強(qiáng)下壓球，在1150℃輕燒溫度下輕燒30 min，并加入BGMGT 4添加劑，添加量為0.5%，在此條件下考察了球團(tuán)強(qiáng)度，結(jié)果見表2。由表2綜合條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，得到輕燒球團(tuán)墜落沖擊強(qiáng)度測(cè)試可達(dá)10次，粉體活性＜230 s，燒失率＜0.1%，在達(dá)到輕燒球團(tuán)指標(biāo)的同時(shí)提高了球團(tuán)的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了菱鎂礦精制-壓球-輕燒工藝一步制得合格鎂砂的目標(biāo)。

表2　球團(tuán)強(qiáng)度綜合條件實(shí)驗(yàn)

3　結(jié)論

1）針對(duì)大量堆存的菱鎂礦粉狀尾礦，提出采用菱鎂礦精制-壓球-輕燒工藝，可直接得到合格的鎂砂產(chǎn)品。2）開發(fā)出球團(tuán)添加劑BGMGT4，通過(guò)菱鎂礦精制工序，使壓制球團(tuán)強(qiáng)度增強(qiáng)，在后續(xù)輕燒過(guò)程中可保持球團(tuán)形貌，避免球團(tuán)粉化堵塞爐窯。3）考察了菱鎂礦球團(tuán)壓制壓強(qiáng)、輕燒溫度、輕燒時(shí)間、添加劑種類、添加量和添加劑添加方式等因素對(duì)輕燒后球團(tuán)強(qiáng)度、粉體的活性和燒失率的影響，發(fā)現(xiàn)對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度影響最大的是輕燒時(shí)間，其次為輕燒溫度。4）優(yōu)化工藝條件下，即球團(tuán)壓強(qiáng)為40 MPa、輕燒溫度為1 150℃、輕燒時(shí)間為30 min、采用0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）BGMGT4添加劑，通過(guò)沖擊測(cè)試得到的輕燒球團(tuán)強(qiáng)度，即從0.5 m墜落次數(shù)可達(dá)10次，粉體活性＜230 s，燒失率＜0.1%。

［1］李承元.國(guó)內(nèi)外菱鎂礦資源開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望［J］.世界有色金屬，1997（12）：30-34.

［2］王兆敏.中國(guó)菱鎂礦現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2006（5）：6-8.

［3］白云山，劉太宏，劉震.銨浸法由白云石制備高純度碳酸鈣和氧化鎂［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2005，37（2）：27-29.

［4］張勇，魏庭梁.白云石制備氫氧化鎂的工藝研究［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（2）：88-90.

［5］樊潔.高純氧化鎂的應(yīng)用和生產(chǎn)綜述［J］.廣州化工，2012，40（21）：30-31.

聯(lián)系方式：wz_andrew@163.com

Study on preparation process of magnesium oxide from pulverous magnesite tailings

Wang Zheng，F(xiàn)eng Ailing，Zhao Lei，Lin Jiangshun
（Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy，Beijing 100160，China）

Aiming at the pulverous magnesite tailings，a new process，refining-briquetting-sintering，was introduced to produce high purity magnesia products.In refining process of magnesite，the use of briquetting additive could preserve the profile of magnesite pelletizing，which solved the problem of ventilation blockage in shaft kiln due to the pulverization of large amount of pelletizings.The prepared magnesia showed 10 times drop in impact test from 0.5 m，the activity of powders was below 230 s and the loss on ignition was below 0.1%.

magnesite；refining；briquetting；sintering

TQ132.2

A

1006-4990（2016）05-0055-03

2015-12-30

王政（1986—），男，博士，主要從事有色金屬冶煉研究工作，已公開發(fā)表文章20余篇。