浏阳白云石制轻质碳酸镁煅烧和碳化工艺研究

葛鹤松，李舟，蔡有兴

（1.浏阳市古港镇磊狮山采石场，湖南 长沙 410300；2.湖南金马硅业有限公司；3.国土资源部长沙矿产资源监督检测中心）

浏阳白云石制轻质碳酸镁煅烧和碳化工艺研究

葛鹤松1，李舟2，蔡有兴3

（1.浏阳市古港镇磊狮山采石场，湖南 长沙 410300；2.湖南金马硅业有限公司；3.国土资源部长沙矿产资源监督检测中心）

摘 要考察了白云石煅烧工艺对煅烧白云石活性度的影响。结果表明，对于粒度为5～15 mm、15～20 mm、20～30 mm的白云石，其煅烧温度应分别控制在995、1 005、1 020℃。粒度为15～20 mm的白云石，在995℃下的煅烧时间为60～100 min。通过碳化工艺实验，优选出较合理的碳化工艺条件，即碳化在加压状态下进行，压力控制在0.30 MPa以上、温度控制在35℃以下、浆液中氧化镁质量浓度控制在10～12 g/L、碳酸化反应时间为50 min。

关键词：白云石；轻质碳酸镁；加压碳化

碱式碳酸镁是一种重要的无机化工产品，用途十分广泛，既可用于制备高纯镁砂、镁盐系列产品的原料，又可用作橡胶、药物、绝缘材料、牙科制剂、高级玻璃、食品及各种化工产品的添加剂和改良剂。白云石是钙和镁碳酸盐的化合物，其理论组成：w（CaO）=30.4％、w（MgO）=21.7％、w（CO2）=47.9％。目前中国水镁石矿物资源越来越稀缺，用白云石制备出的碱式碳酸镁用途更广，效果更佳，因此利用白云石制备碱式碳酸镁具有重要的经济意义。

1 实验

1.1 原料、试剂及仪器

原料与试剂：白云石矿。酚酞试剂、柠檬酸，均为分析纯。二氧化碳气体。

仪器：回转窑（Φ0.2 m×5.1 m）、TD5B型台式大容量离心机、磁力搅拌器、101-1A型电热鼓风恒温干燥箱、HH-2型水浴锅、pHS-3C型pH计、CJ型高压反应釜（2 L）。

1.2 制备原理

轻质碳酸镁和轻质氧化镁生产原料基本相同，一般情况下先生产轻质碳酸镁，再进一步加工成轻质氧化镁。将一定粒度的白云石和白煤按一定比例混配均匀，在回转窑内经1 000～1 200℃高温煅烧成白云灰，经消化精制成精灰乳。窑气经净化、除尘、降温、压缩后同精灰乳进行碳化、压滤、热解、再压滤、干燥、粉碎、包装等工序制成轻质碳酸镁产品。其反应式如下：

轻质碳酸镁经煅烧制轻质氧化镁反应式如下：

1.3 实验方法

轻质碳酸镁的质量和产率主要与煅烧温度、碳化过程有关系，尤其是加压碳化过程中CO2分压的影响。实验的目的是通过实验寻找出合适的煅烧和碳化工艺技术参数。

1.3.1 煅烧活性的测定

首先配制浓度为0.133 mol/L的柠檬酸溶液100 mL，置于烧杯中，加入酚酞指示剂，磁力搅拌，控制溶液温度为30℃，再加入2 g白云石灰粉，秒表计时，当溶液变为粉红色的时候停止计时，记录变色所用时间。

2 实验结果与分析

2.1 煅烧工艺［1-4］

2.1.1 粒度、煅烧温度对煅烧白云石质量的影响

实验条件：煅烧时间为70 min，煅烧温度为950～1 065℃，实验结果见表1。从表1可以看出，不同粒度的白云石煅烧后活性度随煅烧温度升高先增大后减小，说明在达到某个温度后会产生过烧。从表1实验结果来看，粒度为20～30 mm的白云石在煅烧温度为950～1 020℃时活性逐渐增加，在1 020℃时活性度最大；同样粒度为15～20 mm的白云石达到最大活性时的煅烧温度为1 005℃；粒度为5～15 mm的白云石达到最大活性的煅烧温度是995℃。达到最大活性所需的煅烧温度随着白云石粒度增大而升高。不同粒度白云石烧失量随煅烧温度升高而减小，在初始阶段烧失量变化显著，随后变化趋于缓慢。综合考虑，实验选择最佳的煅烧温度为980～1 020℃。

表1 粒度和煅烧温度对白云石活性和烧失量的影响

2.1.2 粒度、煅烧时间对煅烧白云石质量的影响

实验条件：煅烧温度为995℃，白云石粒度为20～30 mm和15～20 mm，煅烧时间为30～110 min，实验结果见表2。由表2可见，在煅烧温度保持不变的条件下延长煅烧时间，煅烧白云石活性增加、烧失量降低。但在相同煅烧时间内，大粒度白云石比小粒度白云石活性低、烧失量高。增加煅烧时间，小粒度白云石出现过烧，活性大幅下降，但对大粒度白云石有利。在实际生产中，粒度在15～20 mm的白云石占大多数，在温度为995℃时，时间应控制在60～100 min，这样煅烧得到的白云石质量较优。

表2 粒度、煅烧时间对煅烧白云石的活性和烧失量的影响

2.2 碳化工艺［5］

在消化温度为80℃、时间为30 min的条件下，对研磨的白云灰进行消化。消化浆液经第一步常压碳化后pH由12降至9.5，排放至搅拌槽内加水稀释、冷却，然后进入加压碳化塔与CO2进行第二步碳化反应，碳化终点pH为6.8。

2.3 碳化压力

第二步碳化在加压状态下进行，在窑气CO2体积分数为30％、浆液质量分数为12％、碳化温度为30℃的条件下，考察了碳化压力对重镁溶液的影响，结果见图1。由图1可以看出，碳化压力应控制在0.30 MPa以上。

图1 碳化压力与重镁溶液的关系

2.4 碳化温度

在浆液质量分数为12％、窑气CO2体积分数为30％、碳化压力为0.30 MPa的条件下，考察了碳化温度对重镁溶液的影响，结果见图2。由图2可以看出，碳化温度为25℃时，重镁溶液中MgO的浓度最大；继续升高温度，MgO的浓度反而下降。因此碳化的温度应控制在25℃。

图2 碳化温度与重镁溶液的关系

2.5 浆液浓度

在碳化温度为25℃、碳化压力为0.30 MPa、窑气CO2体积分数为30％的条件下，考察了浆液浓度对重镁溶液的影响，图3为浆液浓度与MgO收率的关系。由实验得出，碳化后的浆液中MgO质量浓度控制在10～12 g/L为宜，此时MgO收率维持在较高水平。提高浆液浓度，碳化后重镁溶液的MgO浓度无明显提高，MgO收率反而有所下降。

图3 浆液浓度与重镁溶液的关系

2.6 碳化时间

在浆液MgO质量浓度为12 g/L、窑气CO2体积分数为30％、碳化压力为0.32 MPa、温度为30℃的条件下，考察了反应时间对重镁溶液的影响，结果见表3。由表3可以看出，碳化到终点后液相中氧化镁的含量相对稳定。而随着碳化时间的延长，可溶性Ca（HCO3）2生成的机率不断增加，使液相中氧化钙的含量呈微涨的趋势。综合考虑，碳化反应时间控制在50 min为宜。

表3 反应时间与重镁溶液的关系

3 结论

1）对于粒度为5～15 mm、15～20 mm、20～30 mm的白云石，其煅烧温度应分别控制在995、1 005、1 020℃。在煅烧温度为995℃时，粒度为15～20 mm白云石其适宜的煅烧时间为60～100 min。

2）通过碳化工艺实验，优选出合理的碳化工艺条件，即碳化在加压状态下进行，压力控制在0.30 MPa以上，温度控制在35℃以下，浆液中氧化镁质量浓度控制在10～12g/L，碳化反应时间为50min。

参考文献：

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［3］刘占起，刘家祥，易良喜，等.添加剂对煅烧白云石活性的影响［J］.有色金属，2009，61（2）：80-83.

［4］许楠，刘家祥，易良喜，等.白云石煅烧工艺对灰乳消化及碳化的影响［J］.非金属矿，2009，32（3）：29-32.

［5］蓝军，董丽春.生产轻质碳酸镁的碳酸化工艺试验［J］.无机盐工业，2003，35（1）：21-22，30.

联系方式：285490986@qq.com

中图分类号：TQ127.13

文献标识码：A

文章编号：1006-4990（2013）08-0036-03

收稿日期：2013-02-18

作者简介：葛鹤松（1984—），男，技术部长，工程师，主要从事化工矿物加工研究，已公开发表文章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