高硅菱鎂礦的選礦提純與應(yīng)用研究進(jìn)展

祁 欣，羅旭東，李 振，周遠(yuǎn)鵬，潘振中

(1.遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，鞍山 114051；2.遼寧科技學(xué)院冶金工程學(xué)院，本溪 117004；3.遼寧科技學(xué)院，遼寧省本溪低品位非伴生鐵礦優(yōu)化應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，本溪 117004；4.營(yíng)口理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，營(yíng)口 115014；5.海城遠(yuǎn)東礦業(yè)有限公司，鞍山 114200)

0 引 言

菱鎂礦作為一種用于冶金、建材、化工等行業(yè)的重要非金屬礦物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活中發(fā)揮了重要作用。菱鎂礦的主要礦物學(xué)成分是MgCO3，晶體屬三方晶系[1]。菱鎂礦的脈石礦物主要有石英、滑石、白云石、蛇紋石、方解石、綠泥石等[2]。菱鎂礦是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源之一，開(kāi)采量占世界總開(kāi)采量的40%以上，供給全球60%以上的鎂質(zhì)制品市場(chǎng)[3]，遼寧省是我國(guó)菱鎂礦儲(chǔ)量最多的地區(qū)，約占全國(guó)的85.6%，我國(guó)山東、河北、山西等地也有著豐富的菱鎂礦資源。

菱鎂礦屬于不可再生資源，一直以來(lái)的大規(guī)模開(kāi)采使高品質(zhì)菱鎂礦存儲(chǔ)量顯著減少[3]。通常只有高品質(zhì)菱鎂礦(MgO>46%，MgO含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)可以作為商品級(jí)菱鎂礦使用，中低品質(zhì)菱鎂礦由于含有較多SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3等雜質(zhì)[4]，不能被正常使用，采取棄用處理。一方面，某些地區(qū)商品級(jí)菱鎂礦已不能滿足生產(chǎn)需求，另一方面，大量中低品質(zhì)菱鎂礦被當(dāng)作廢石堆積，造成巨大的資源浪費(fèi)和空間浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境也產(chǎn)生嚴(yán)重影響。有效開(kāi)發(fā)利用中低品質(zhì)菱鎂礦可以很大程度上緩解商品級(jí)菱鎂礦短缺的問(wèn)題，同時(shí)可以減少環(huán)境污染的問(wèn)題。因此，根據(jù)礦石的礦物學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)浮選的選礦方法可以去除中低品質(zhì)菱鎂礦中SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3等雜質(zhì)，將中低品質(zhì)菱鎂礦轉(zhuǎn)化為具有高附加值的耐火材料、建筑化工等原料[5]。

高硅菱鎂礦(SiO2>3%，SiO2含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，屬于低品質(zhì)菱鎂礦，SiO2含量偏高會(huì)降低制品的使用性能。菱鎂礦選礦后尾礦中MgO的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為38%～40%、SiO2的含量為15%～16%，屬于高硅菱鎂礦。由于高硅菱鎂礦MgO含量低、SiO2含量高，利用率較低，通常被棄置，造成環(huán)境污染和空間浪費(fèi)。關(guān)于菱鎂礦的浮選提純工藝，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量研究，但是目前很少有學(xué)者對(duì)高硅低品菱鎂礦的浮選工藝做系統(tǒng)研究[6]。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外高硅菱鎂礦提純工藝進(jìn)行系統(tǒng)歸納，闡述其提純?cè)砗图夹g(shù)指標(biāo)，最后介紹了高硅菱鎂礦的綜合利用方法，為致力于研究高硅菱鎂礦的學(xué)者們給予一定啟發(fā)。

1 高硅菱鎂礦的提純工藝

1.1 菱鎂礦的選礦提純工藝

菱鎂礦的選礦提純工藝主要取決于礦石的雜質(zhì)組成、物理特征及精礦品位要求?？梢酝ㄟ^(guò)礦石成分分析、結(jié)構(gòu)組成分析和選礦試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇最佳的提純工藝。合適的提純工藝可以分離硅酸鹽脈石礦物與菱鎂礦，提高精礦中MgO含量，去除SiO2等有害雜質(zhì)，從而提高菱鎂礦品質(zhì)。

浮選[7]是根據(jù)菱鎂礦和雜質(zhì)礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異來(lái)進(jìn)行篩分提純的方法。提純效果的影響因素包括磨礦細(xì)度、礦漿酸堿度、藥劑種類配比等。經(jīng)過(guò)浮選工藝提純后可將菱鎂礦純度提高到95%～97%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。目前，實(shí)際生產(chǎn)中主要運(yùn)用浮選法提純獲得高品質(zhì)菱鎂礦。

熱選[8]是利用菱鎂礦與滑石等硅酸鹽礦物在熱學(xué)性質(zhì)上的差異進(jìn)行提純，二者經(jīng)煅燒后形成密度差和硬度差，再經(jīng)破碎、篩分可分離。熱選是將菱鎂礦在800～1 000 ℃下煅燒，礦石中MgCO3轉(zhuǎn)化成多孔、體輕、質(zhì)軟的MgO，而伴生的其他硅酸鹽礦物形成耐壓強(qiáng)度大于100 MPa的MgO。煅燒后的菱鎂礦根據(jù)密度差和硬度差選擇性破碎、篩分或分級(jí)，使菱鎂礦富集到細(xì)顆粒級(jí)別中。

重選[9]是利用菱鎂礦與脈石礦物的密度差進(jìn)行篩分提純的方法。由于菱鎂礦與雜質(zhì)礦物在常溫下密度接近，不適于用重選法提純菱鎂礦。將菱鎂礦煅燒30 min后，菱鎂礦密度發(fā)生明顯下降，便于與雜質(zhì)礦石區(qū)分。

除上述選礦提純工藝外，還有化學(xué)選礦法、磁選法、電選法[10]，根據(jù)精礦技術(shù)指標(biāo)要求，還可以多種提純工藝聯(lián)合使用。

1.2 高硅菱鎂礦浮選工藝

高硅菱鎂礦中有益組分主要為MgO，大多儲(chǔ)存在菱鎂礦中，高硅菱鎂礦中其他脈石礦物也含有少量MgO。高硅菱鎂礦中所含雜質(zhì)主要為SiO2，主要存在于石英、滑石等硅酸鹽礦物中[11]。浮選法提純菱鎂礦技術(shù)，具有藥劑來(lái)源廣、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低、可行性高等優(yōu)點(diǎn)[12]。研究人員根據(jù)高硅菱鎂礦的礦物學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用不同的浮選工藝，提純出精礦。

1.2.1 反浮選工藝

遼寧省和山東省是我國(guó)菱鎂礦礦產(chǎn)主要所在地，有著豐富的菱鎂礦資源和礦產(chǎn)加工工業(yè)。遼寧省海城市和山東省萊州市兩地的低品質(zhì)菱鎂礦中有大量的高硅菱鎂礦。兩地高硅低品菱鎂礦成分組成見(jiàn)表1。海城高硅菱鎂礦MgO含量和雜質(zhì)SiO2含量均稍低于萊州。海城地區(qū)低品質(zhì)菱鎂礦中SiO2雜質(zhì)(含量均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)以石英(2.46%)、滑石(1.23%)為主。萊州地區(qū)低品質(zhì)菱鎂礦中SiO2雜質(zhì)以綠泥石(2.6%)、云母(3.7%)、滑石(2%)、石英(1.2%)為主，脈石礦物含量大約占10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。由于雜質(zhì)組成不同，海城地區(qū)低品質(zhì)礦石中菱鎂礦含量偏高，MgO含量偏低。兩地的中低品質(zhì)菱鎂礦開(kāi)發(fā)研究較早，在20世紀(jì)80 年代兩地先后建成了菱鎂礦浮選廠。

表1 海城和萊州高硅菱鎂礦成分

兩地根據(jù)各自高硅菱鎂礦的成分組成和雜質(zhì)特點(diǎn)選擇反浮選工藝，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究，確定最優(yōu)工藝流程和工藝條件。馬忠臣等[13]對(duì)海城菱鎂礦所用的浮選工藝流程為一粗一精，工藝條件為：磨礦細(xì)度200目(0.074 mm)及以下部分占總體礦樣的80%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)；鹽酸調(diào)整礦漿pH值至5.5；水玻璃作為抑制劑；新型捕收劑Mmm-10捕收含SiO2礦物。王玉斌等[14]對(duì)萊州菱鎂礦浮選廠選礦工藝進(jìn)行創(chuàng)新，將之前2次反浮選1次正浮選的流程改為只有反浮選流程，將浮選后的尾礦經(jīng)分級(jí)返回再次浮選，實(shí)現(xiàn)菱鎂礦循環(huán)利用，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。用高溫豎窯窯爐對(duì)選后的精礦粉進(jìn)行后續(xù)加工，節(jié)能降耗44%。兩地采用反浮選工藝試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。經(jīng)反浮選后，獲得精礦的MgO含量均高于46%，SiO2含量均不高于0.3%，海城浮選菱鎂礦回收率為78.36%，獲得較好的提純效果。

表2 海城和萊州高硅菱鎂礦反浮選工藝的試驗(yàn)結(jié)果

1.2.2 反-正浮選工藝

反-正浮選工藝是目前提純高硅菱鎂礦常用的浮選方法。先通過(guò)反浮選降低礦石中SiO2和Al2O3含量，再用正浮選進(jìn)一步降低礦石中CaO和Fe2O3含量。李曉安等[11]采用反-正浮選工藝提純高硅菱鎂礦，反浮選中采用1次粗選、2次精選流程，反-正浮選藥劑制度及精礦成分見(jiàn)表3。反浮選后菱鎂礦純度為97.15%，SiO2含量為0.35%，經(jīng)過(guò)正浮選，菱鎂礦純度進(jìn)一步提到97.15%，回收率為71.82%，SiO2進(jìn)一步降低到0.28%，提純效果較好。

表3 反-正浮選藥劑及精礦成分[11]

任瑞晨等[15]根據(jù)萊州高硅菱鎂礦特點(diǎn)，采用磨礦-反浮選-再磨-兩次正浮選工藝，將MgO含量為46.8%，SiO2含量為8.54%的原礦經(jīng)上述工藝提純后，得到菱鎂礦純度為98.82%的精礦，回收率為 72.2%，SiO2含量為0.35%。

1.2.3 反-正浮選、磁選聯(lián)合工藝

對(duì)于硅鐵含量都較高的菱鎂礦，付亞峰[16]等在反-正浮選脫硅脫鈣除鐵后，通過(guò)磁選進(jìn)一步降低Fe2O3含量。高硅菱鎂礦經(jīng)反-正浮選提純后，精礦中MgO含量為46.81%，回收率為80.78%，SiO2含量降至0.54%，CaO降至0.69%。為了進(jìn)一步去除鐵，采用高梯度磁選機(jī)，最終精礦中Fe2O3含量可由1.37%降低至0.30%，達(dá)到了脫硅脫鈣除鐵的目的，對(duì)高硅高鈣高鐵菱鎂礦的綜合利用具有指導(dǎo)意義。

周文波等[17]根據(jù)伊朗高硅菱鎂礦的礦石性質(zhì)，采用了磁選-反浮選-正浮選工藝。首先將原礦磨至200目(0.074 mm)及以下部分占總體礦樣的75%，然后進(jìn)行2次磁選去除大部分Fe2O3，2次反浮選脫SiO2，1次正浮選脫SiO2和CaO。原礦MgO含量為38.36%，SiO2含量為16.53%。一級(jí)精礦MgO含量為46.52%，回收率為17.98%，SiO2含量為1.1%，回收率為0.99%，提純效果較好。

1.2.4 細(xì)菌預(yù)處理-反浮選工藝

J·蓋維爾等[18]在浮選前利用微生物預(yù)處理高硅菱鎂礦，改善浮選效果，選用篩選過(guò)的TG-08菌，考察高硅低品質(zhì)菱鎂礦石細(xì)菌預(yù)處理-反浮選脫硅行為，得到MgO品位為46.37%，SiO2品位為1.28%的浮選精礦，形成高硅低品質(zhì)菱鎂礦石細(xì)菌預(yù)處理-反浮選脫硅技術(shù)。

1.2.5 一次磨細(xì)-正浮選工藝

于傳敏[19]根據(jù)伊朗某地高硅菱鎂礦的礦石成分、物理結(jié)構(gòu)等特性，提出了一次磨細(xì)-正浮選工藝，采用SBJ系列浮選藥劑，獲得較好的技術(shù)指標(biāo)。原礦SiO2含量為11.77%，經(jīng)浮選后精礦中MgO含量為45.49%，回收率為46.55%，SiO2含量為2.15%，獲得了較好的技術(shù)指標(biāo)。

1.2.6 數(shù)值模擬浮選工藝

曾有學(xué)者采用多因素序貫試驗(yàn)法和響應(yīng)曲面法對(duì)浮選條件進(jìn)行篩選，通過(guò)數(shù)值模擬的方法優(yōu)選浮選工藝、藥劑種類和配比等浮選條件，試驗(yàn)結(jié)果證明數(shù)值模擬結(jié)果與真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果相近，方法簡(jiǎn)單，能夠快速找到最優(yōu)浮選條件，顯著提高試驗(yàn)效率。

正浮選工藝中使用的調(diào)整劑之間有一定的交互作用。在沒(méi)有試驗(yàn)基礎(chǔ)的情況下，選擇最優(yōu)試劑配比需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)。李洋[20]采用多因素序貫試驗(yàn)法，優(yōu)化高硅菱鎂礦浮選工藝，通過(guò)數(shù)值模擬的方法，快速準(zhǔn)確地找到高硅菱鎂礦的最佳浮選工藝參數(shù)。最優(yōu)調(diào)整劑參數(shù)為：碳酸鈉1 800 g/t，六偏磷酸鈉80 g/t，鹽化水玻璃900 g/t。最優(yōu)工藝參數(shù)下，精礦中菱鎂礦純度為97.71%、SiO2含量為0.28%。

遼寧省大石橋高硅低品菱鎂礦的原礦中MgO含量為45.98%、SiO2含量為3.11%。李苗苗等[21]使用響應(yīng)曲面法，運(yùn)用Design-Expert軟件，經(jīng)計(jì)算得到最優(yōu)浮選試驗(yàn)條件，提高了菱鎂礦浮選效果，最優(yōu)浮選條件為：磨礦細(xì)度200目(0.074 mm)及以下部分占總礦樣的72.3%，礦漿pH值為8.8，水玻璃用量為82 g/t，十二胺用量為292 g/t。在上述條件下，計(jì)算出的脫硅率為79.91%，非常接近試驗(yàn)平均值，誤差小于0.2%。

2 高硅菱鎂礦的應(yīng)用研究

根據(jù)高硅菱鎂礦的礦物學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)特性，可將其用于生產(chǎn)耐火材料、建筑材料以及化工產(chǎn)品[22]，研究人員對(duì)其進(jìn)行了綜合開(kāi)發(fā)利用。充分利用高硅菱鎂礦，可以有效緩解中高硅低品質(zhì)菱鎂礦棄石對(duì)環(huán)境和空間的壓力，同時(shí)可以降低高品質(zhì)菱鎂礦的開(kāi)采，減少天然礦石植被的破壞。

2.1 高硅菱鎂礦用于耐火材料行業(yè)

發(fā)明專利CN104003742A[23]利用高硅菱鎂礦制備鎂硅砂，根據(jù)菱鎂礦尾礦SiO2含量高、顆粒較小的特點(diǎn)，將菱鎂礦尾礦與MgO粉混合壓球，在高溫下煅燒，制成鎂硅砂。使用高硅菱鎂礦制備鎂硅砂可以降低人工合成成本、研磨礦石成本、額外添加SiO2原料成本，減少出現(xiàn)玻璃相的可能，為耐火材料行業(yè)研發(fā)出新的材料。

李振等[24]研究了高硅菱鎂礦生產(chǎn)合成鎂橄欖石技術(shù)，通過(guò)高硅菱鎂礦、硅石和硼泥之間的固相反應(yīng)合成橄欖石材料。此方法實(shí)現(xiàn)了高硅菱鎂礦與硼泥資源的綜合利用。煅燒溫度和鎂硅比直接影響合成砂的高溫性能及致密程度。當(dāng)配料中MgO含量為63%，煅燒溫度為1 670 ℃時(shí)，可以獲得鎂橄欖石化完全且相對(duì)致密的鎂橄欖石砂。羅旭東等[25]利用菱鎂礦風(fēng)化石中SiO2含量較高的特點(diǎn)，先輕燒高硅菱鎂礦制備MgO粉，然后在1 500 ℃煅燒MgO粉與天然硅石，制備鎂橄欖石。在此過(guò)程中加入氧化鋯可以提高反應(yīng)速度，促進(jìn)鎂橄欖石相的形成。郭玉香等[26]在高硅菱鎂礦中加入石英和少量氧化硼并在1 550 ℃下制備鎂橄欖石。加入氧化硼可以促進(jìn)燒結(jié)，提高鎂橄欖石體積密度，降低顯氣孔率。郭玉香等[27]還嘗試在高硅菱鎂礦中加入石英和少量氧化鐵，在1 550 ℃下制備鎂橄欖石。加入氧化鐵的作用和加入氧化硼相似，促進(jìn)鎂橄欖石燒結(jié)，提高鎂橄欖石體積密度。

利用高硅菱鎂礦制備MgO-SiC系和MgO-SiC-C系復(fù)合耐火材料，經(jīng)輕燒試驗(yàn)，得出750 ℃為制備高硅菱鎂礦熟料的最佳溫度，此時(shí)MgCO3最易分解為MgO和CO2，MgO與SiO2反應(yīng)生成Mg2SiO4，隨著溫度升高，Mg2SiO4與炭黑反應(yīng)生成MgO和SiC。Zhu等[28]在氬氣、氮?dú)夂瓦€原氣氛下按照一定的溫度條件制備出MgO-SiC系復(fù)合粉體，呂治江[6]制備出MgO-SiC-C系復(fù)合粉體。煅燒溫度越高，鎂橄欖石的量減少趨勢(shì)越顯著。炭黑溫度較高和炭黑量較多均會(huì)導(dǎo)致鎂的減少。煅燒溫度和加碳量可以用來(lái)控制產(chǎn)物中MgO和SiC的比例。

俞景林[29]利用高硅菱鎂礦制備鎂鋁尖晶石。以菱鎂礦尾礦、熟石灰、氧化鋁為原料，合理配料，在1 500 ℃下煅燒3 h，制備出鎂鋁尖晶石和鋁酸一鈣，為高硅菱鎂礦在耐火材料行業(yè)的應(yīng)用提出新的方法。Wang等[30]利用鋁土礦和高硅菱鎂礦為原料，在1 100～1 400 ℃溫度范圍內(nèi)通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)制備了多孔鎂鋁尖晶石(MgAl2O4)陶瓷載體。1 300 ℃制備的載體具有均勻的孔結(jié)構(gòu)，平均孔徑為4.42 μm，具有較高的抗彎強(qiáng)度(35.6 MPa)、較高的透氣性(在0.1 MPa的跨膜壓力下，氮?dú)饬髁繛? 057 m/h)和優(yōu)良的耐化學(xué)性。

Kumar等[31]對(duì)燒結(jié)后的高硅菱鎂礦添加TiO2被用于減少低熔點(diǎn)相的形成，提高菱鎂礦的耐火性能。在1 500～1 600 ℃的溫度范圍內(nèi)，在峰值溫度下浸泡2 h，燒結(jié)含0%～5%TiO2的菱鎂礦壓實(shí)生坯和棒材。通過(guò)減少低熔點(diǎn)相的形成，TiO2略微增加了表觀孔隙率并降低了體積密度。高溫彎曲強(qiáng)度隨著TiO2含量的增加而增加，高達(dá)3%，在進(jìn)一步增加添加劑量后，強(qiáng)度略有下降。

2.2 高硅菱鎂礦用于建筑材料行業(yè)

劉永杰等[32]利用高硅菱鎂礦制備鎂硅酸鹽水泥，SiO2和CaO屬于低熔物，對(duì)鎂質(zhì)耐火材料而言會(huì)降低耐火性能。結(jié)合MgO，物料組成點(diǎn)在三角形C2S-C3S-MgO內(nèi)時(shí)，可以得到耐火性能較好的晶相。因此，在高硅菱鎂礦中添加一些熟石灰，當(dāng)混合物的組成點(diǎn)落在C2S-C3S-MgO三角形內(nèi)，原料中的鎂硅比(M/S)在2.1～2.56時(shí)，可制備得到以MgO為主晶相的硅酸鹽水泥。在1 450 ℃的煅燒溫度下，試樣中存在大量的耐火性能較好的方鎂石相和有較多易水化的礦物C3S和C2S相。

陶冶等[33]研究高硅菱鎂礦水熱固化工藝，為了提高高硅菱鎂礦反應(yīng)活性，首先將高硅菱鎂礦焙燒分解為方鎂石氧化鎂，然后在高溫飽和水蒸氣環(huán)境中與硅灰中的活性SiO2發(fā)生反應(yīng)，從而提高水熱固化體的力學(xué)強(qiáng)度。經(jīng)系統(tǒng)試驗(yàn)研究，最優(yōu)參數(shù)為：800 ℃下焙燒1 h;原料配比MgO摻量50%、用水量40%；水熱反應(yīng)溫度200 ℃、反應(yīng)時(shí)間6 h。在上述條件下，菱鎂礦水熱固化體的抗壓強(qiáng)度可達(dá)16.75 MPa，通過(guò)結(jié)晶性水化硅酸鎂的生成與聚集，獲得力學(xué)性能較好的建材制品。該研究結(jié)果對(duì)高硅菱鎂礦回收再利用具有參考價(jià)值。

高硅菱鎂礦可用來(lái)制作墻體保溫砌塊[34]，菱鎂礦浮選尾礦細(xì)度為200目(0.074 mm)，主要成分為MgCO3，屬于碳酸鹽類礦物，能與酸反應(yīng)生成二氧化碳，容易發(fā)泡，可制備輕質(zhì)空心骨料，作為生產(chǎn)墻體保溫材料的理想原料，可部分代替紅磚，減少了黏土的使用，保護(hù)了耕地，利于環(huán)境保護(hù)與資源的循環(huán)使用。輕質(zhì)空心骨料的性能參數(shù)：制備骨料的堆積密度為0.93 g/cm3，筒壓強(qiáng)度為1.32 MPa。由于菱鎂礦浮選尾礦粒度很細(xì)，顏色較淺，多為白色或淺灰色，可以添加其他染料制成建筑用涂料。

2.3 高硅菱鎂礦用于化工材料行業(yè)

杜高翔等[35]利用高硅菱鎂礦制備納米級(jí)片狀氫氧化鎂。首先煅燒高硅菱鎂礦尾礦，然后將燒后產(chǎn)物與硫酸反應(yīng)生成硫酸鎂，最后優(yōu)化納米氫氧化鎂的工藝參數(shù)。制備氫氧化鎂的工藝條件為：Mg2+初始濃度為22.75 g/L；在50 ℃下反應(yīng)5 min;改性劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑YB-502。該方法制備出納米級(jí)片狀氫氧化鎂，其直徑約100 nm，片厚約10 nm，結(jié)晶情況較好。

黃明喜等[36]利用高硅菱鎂礦制備高活性MgO。高硅菱鎂礦經(jīng)預(yù)處理后，煅燒溫度在1 050 ℃，保溫時(shí)間60 min時(shí)，菱鎂礦尾礦完全分解，MgO的活性最好；在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫，MgO的活性降低；MgO顆粒細(xì)小，MgO的活性較好。用高硅菱鎂礦制備的高活性MgO，可以作為鎂質(zhì)膨脹劑使用。付曉莉[37]利用四級(jí)菱鎂礦和菱鎂礦尾礦為原料制備高活性MgO。兩種礦的SiO2含量均較高，屬于高硅菱鎂礦。將四級(jí)顯晶質(zhì)菱鎂礦和菱鎂礦尾礦磨至粒度為30～50 mm。煅燒四級(jí)菱鎂礦制備高活性MgO的最優(yōu)條件是：在850 ℃的煅燒溫度保溫2.5 h。煅燒菱鎂礦尾礦制備高活性MgO的最優(yōu)條件是：在750 ℃的煅燒溫度保溫1.5 h。

Zhao等[38]利用高硅菱鎂礦制備蜂窩狀MgO。通過(guò)高硅菱鎂礦的煅燒、菱鎂礦的碳化處理、Mg(HCO3)2的熱分解和堿式碳酸鎂的煅燒四個(gè)主要步驟，制備出蜂窩狀結(jié)構(gòu)MgO。煅燒菱鎂礦的碳化過(guò)程在40 min內(nèi)完成，通過(guò)控制固/液比為10 g/L，MgO與Mg(HCO3)2的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到93%，在碳化時(shí)間45 min，CO2氣體流量0.08 m3/h，攪拌速度600 r/min，濾液中Mg2+含量8 g/L，溫度為50 ℃的條件下，Mg(HCO3)2溶液分解率可達(dá)88%。在800 ℃時(shí)煅燒堿式碳酸鎂2 h，最終制備出純度為99%的蜂窩狀結(jié)構(gòu)MgO產(chǎn)品，如圖1所示。圖1(a)示出蜂窩狀結(jié)構(gòu)MgO的SEM照片，表明該產(chǎn)品由蜂窩狀結(jié)構(gòu)MgO組成。圖1(b)為直徑約15 μm的單個(gè)蜂窩狀結(jié)構(gòu)MgO的SEM照片，可見(jiàn)許多孔洞。

圖1 (a)MgO的SEM照片；(b)單個(gè)蜂窩狀MgO的SEM照片

連娜等[39]利用高硅菱鎂礦制備煙氣脫硫劑，運(yùn)用濕法煙氣脫硫法，在藥劑合理配比的情況下，獲得較好的脫硫率。當(dāng)脫硫劑漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，60 ℃下脫硫10 min,脫硫率可達(dá)到85%。在上述條件下，向脫硫劑漿液中添加檸檬酸和乙二酸時(shí)均有助于提高脫硫率。

Wang等[40]利用高硅菱鎂礦制備MgO晶須，以高硅菱鎂礦為原料，通過(guò)煅燒、水化碳酸化、熱解工藝制得MgCO3晶須作為前驅(qū)體，通過(guò)再次煅燒制備MgO晶須。將MgO晶須添加至MgO耐火材料中，由于MgO晶須的釘扎作用防止了材料裂紋的擴(kuò)展，顯著提高了耐火材料的抗熱震性。

3 結(jié) 論

高硅菱鎂礦(SiO2>3%)是一種低品質(zhì)菱鎂礦，為難選菱鎂礦礦石。采用浮選工藝可以制備出高質(zhì)量鎂礦產(chǎn)品。采用合理配料直接煅燒的方法，可以制備鎂硅砂、鎂橄欖石及MgO-SiC系、MgO-SiC-C系復(fù)合粉體材料、鎂鋁尖晶石等高附加值耐火材料，還可以制備鎂硅酸鹽水泥、墻體保溫材料、墻體粉刷材料等建材，以及納米級(jí)片狀氫氧化鎂、高活性MgO、蜂窩狀MgO、煙氣脫硫劑、MgO晶須等化工原料，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。