白云石的開發(fā)與利用.doc

白云石的開發(fā)與利用胡耘實（材料15314班，輕化工程系材料工程技術(shù)，四川工商職業(yè)技術(shù)學院，四川 都江堰611830）摘要：白云石是鈣和鎂兩種碳酸鹽的化合物，廣泛應用于建材、陶 瓷、焊接、橡膠、造紙、塑料等工業(yè) 中。此外在農(nóng)業(yè) 、環(huán)境保護、節(jié) 能、藥用及保健等領(lǐng)域也得到了應用。白云石的主要成分是碳 酸鈣鎂 MgCa(CO ) ，氧化鎂 在白云石 中的最大理論含量為 2174。我國是世界上鎂資源最為豐富的國家之一，鎂資源礦 石類型全，分 布廣，白云 石礦 40億噸以上，菱鎂 礦 (主要含 MgCO )資源量約347億噸，鹽湖 區(qū)鎂鹽資源遠景儲量達數(shù)十 億 噸，鎂資源總量占世界總儲量的225，居世界第一位”。 白云石產(chǎn)品主要包括碳酸鎂 、氧化鎂、氫氧化鎂、金屬鎂、硫 酸鎂等。 緒論我國是鎂資源大國，擁有大量的鎂礦及海湖鎂鹽，為發(fā)展鎂 鹽工業(yè)提供了良好條件。受技術(shù)及經(jīng)濟條件的限制，我國的產(chǎn) 品目前大多以技術(shù)含量少、附加值低的初級產(chǎn)品出售。目前各 國正在開發(fā)的高附加值鎂系產(chǎn)品有氫氧化鎂阻燃劑、堿式硫酸 鎂晶須、硼酸鎂晶須、高純氧化鎂、納米氧化鎂等。白云石主要產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝進展 1碳酸鎂碳酸鎂 碳酸鎂是鎂鹽中的重要的品種。碳酸鎂常用于橡膠工業(yè) 中 的填充劑和補強劑，以增強產(chǎn)品的耐磨性和抗拉強度；在建材工 業(yè)中多與石棉混為多孔保溫材料，有隔熱、防火作用 ；搪瓷工業(yè)中用作鈦型搪瓷底釉助熔劑，可增強制品的抗壓強度和熱穩(wěn)定 性；在涂料工業(yè)中用作油墨、白漆的填充料，可增加白度和遮蓋力；在玻璃工業(yè)中可作白玻璃的澄清劑；在日化工業(yè)中作為化妝 品、爽身粉和牙膏的填充劑。隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對高品 質(zhì)碳酸鎂的需求量逐年上升。目前 ，國內(nèi)外以白云石為原料制 備堿式碳酸鎂普遍采用一次碳化法或加壓二次碳化法。因制備 工藝不同，產(chǎn)品的質(zhì)量也不同，制備出的產(chǎn)品通常是無規(guī)則片狀 或球形聚集體 J。 由于白云石碳化法生產(chǎn)成本低 、過程易于控制，目前國內(nèi)普 遍采用此法生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鎂。其生產(chǎn)過程就是將白云石礦破碎 后在 1000左右煅燒 ，煅燒 后獲取 的熟料送 入消化【1】池中消化成一 定質(zhì)量分數(shù)的灰乳液，灰乳液經(jīng)分離除渣后送入碳化塔，與來 自煅燒窯經(jīng)洗凈加壓后的窯氣中的二氧化碳進行碳化反應，碳 化合格后的碳化液經(jīng)分離過濾得濾渣 (含鎂碳酸鈣、烘干后可作 為副產(chǎn)品 出售)和重 鎂水清液。用蒸 汽直接加熱至 95C一 103C，使之受熱分解成堿式碳酸鎂沉淀，該沉淀經(jīng)分離脫水后 在 160 230C烘干，再經(jīng)粉碎分級可得輕質(zhì)碳酸鎂產(chǎn)品 j。 張黎黎等 探討了在常壓下，以輕燒白云石粉料為原料采用二 次碳化法制備堿式碳酸鎂的反應機理，并確定了最優(yōu)工藝條件。 結(jié)果表明，在一二次碳化 pH值停止點 pH ：10、pH：=9，一、二 次碳化 CO2分壓為 P (CO )=003MPa、P2(CO2)=01MPa、碳 化液濃度 25 L、攪拌速度 400rmin的條件下，制備 出長度為 601xm左右、截面直徑為 2txm左右的棒狀堿式碳酸鎂，其氧化鎂 含量為 42 ，氧化鈣含量為 007 ，白度為 973。 謝英惠等 用白云石為原料，在煅燒溫度：930 1050， 碳化溫度 ：2O 一40，二氧化碳濃度：28 一35，添加劑 ：堿金 屬鹽，熱解溫度：95CIO0C，制備出了合格的球狀碳酸鎂。 胡慶福等 以白云石為原料，采用噴霧和菌帽塔相結(jié)合二 級二次碳化工藝 ，制取輕質(zhì)碳酸鎂聯(lián)產(chǎn)超細含鎂 碳酸鈣新產(chǎn)品，該工藝充分利用了白云石資源，環(huán)境效益良好，經(jīng)濟效益顯著?！?】2.氧化鎂氧化鎂是目前用量最大的鎂鹽，主要用作耐火材料以及淺 色塑料和橡膠制品的填充劑和補強劑，用于陶瓷、搪瓷、耐火坩 堝、耐火磚等耐火材料的制造，還可以作磨光劑、粘合劑、油漆及 紙張的填料 、人造纖維與氯丁橡膠和氟橡膠的促進劑和活化劑， 與氯化鎂溶液混合后可制氯鎂水泥；醫(yī)藥上用作抗酸劑和輕瀉 劑，用于治療胃酸過多，胃和十二指腸潰瘍等病 ；還可以用于玻 璃 、染料 、酚醛塑料等方面；在化學工業(yè) 中用于制造 金屬鎂 和硫酸 鎂、氯化鎂及其他化學品，另外也用于水處理、煙道氣的洗滌等。目前 白云石碳化法生產(chǎn)輕質(zhì)氧化鎂，均采用常壓低溫( 25)碳化法將鈣鎂分離制取輕質(zhì)碳酸鎂，再經(jīng)煅燒制取輕質(zhì)氧 化鎂 ，全過程溫度變化大 ，能耗高 。 白云石碳化法生產(chǎn)輕質(zhì)氧化鎂(工業(yè)氧化鎂)的原理是首先將白云石煅燒得到輕燒白云石，然后將輕燒 白云石消化，除渣后送入碳 化塔，與來自煅燒窯的 CO 反應。碳化過程 中，溶解在 水溶 液 中的碳 酸根 按二 級離 解(即 HCO；和 CO；一，)其離解 比例關(guān)系決定碳化液 H 濃度。 【2】當 pH為 124時，呈 CO；一存在的占993。由于氫氧化鈣堿 性 強 、活性大 ，極 易生成碳酸鈣沉 淀。當氫氧化 鈣幾乎 全部 轉(zhuǎn)化 成碳 酸鈣后 ，懸浮液 pH值突降至 859，并 由氫氧化 鎂溶 液平 衡決定。25 、pH值為 85時，碳酸根離解呈 HCO 一形式存在 的占975 ，氫氧化鎂不斷溶解到液相中，生成碳酸氫鎂 ，但溶 液 pH值為 75時即要停 止碳化 ，以防碳酸鈣溶 解 。過濾后 得到 碳酸氫鎂溶液(俗稱重鎂水)，最后將重鎂水熱解得到堿式碳酸鎂，再次過濾 ，干燥后得 到堿式碳酸鎂 。將堿式 碳酸鎂 在 700 1000鍛燒 即可得 到氧化鎂【2】。3.氫氧化鎂 【3】氫氧化鎂 主要用 途是 生產(chǎn) 氧化鎂 等鎂化 學 品 ，其次是 阻燃 劑 、煙氣 脫硫 、燃料油添加劑 和磁 性記 錄材 料等 。氫氧 化鎂是 近 幾年發(fā)展起來 的無機 阻燃材料 ，它受熱 分解釋放 結(jié)合水 ，可 以起 到降溫和抑制合成材料燃燒初期發(fā)煙的作用。 目前 ，以白云石為原料制備氫氧化鎂的方法主要有氨法、石 灰法以及 NaOH法等。氨法和其他制備氫氧化鎂的方法相比， 技術(shù)路線新穎 、合理，工藝簡單，原料廉價易得，利用率高，生產(chǎn)成本較低 ，且生產(chǎn)對環(huán)境無污染，具有較高的工業(yè)價值。但現(xiàn)在 常用 的氨法都是 將 白云石分解為氧化鎂和氧化 鈣后 進行 提取 ， 這樣不僅 消耗 了大量 的能源 ，也造成 了氨循環(huán)量 大 的缺 點 ，同時 氨泄露也會造成一定 的環(huán)境 污染 ”。張勇等 使用流變相反應法提取鎂 ，使氨水沉淀獲得氫氧 化鎂，工藝具有能耗低，工藝 簡單，提取 率高 的優(yōu) 點 ，并很好的實現(xiàn)了白云石中鈣 、鎂的有效分離 。試驗表明微波能加快鈣的溶出，降低沉淀的 鈣含量和含水量，可以提高氫氧化鎂和鎂砂的品質(zhì)?！?】4. 其他產(chǎn)品 除上述 白云石 的主要產(chǎn) 品 ，以 白云石 為原 料還可 以生 產(chǎn)硫 酸鎂 、碳酸 鈣等。 【4】白云山等 對煅燒后 的 白云石分別采用氯化銨溶液和硫酸 銨溶液進行浸提，使其中的鈣、鎂得到較好的分離。用氯化銨溶 液浸 出 CaO的最 佳條件為 ：氯化銨溶液質(zhì)量分數(shù) 為 20 ，氯化銨 過量 10，常溫浸取 10min，CaO的浸出率可達 988，制備出 了不同粒徑的球形和立方體形的高純度碳酸鈣。用硫酸銨溶液 浸 出 MgO的最佳 條件為 ：硫 酸銨溶 液質(zhì) 量分 數(shù)為 14 ，硫 酸銨 過量 10，加熱至餾 出液 的體積為總體積的 15 即可，此時 MgO的浸 出率可達 989 ，制備 出了高純 度高活性 的氧化鎂 。 在國外，生產(chǎn)不同晶形的超細(活性)輕鈣及超細超 白、高 純 、表 面改 性 的重 鈣 早 已成 為碳 酸 鈣 行 業(yè) 的 主攻 方 向。普通CaCO，用作填料僅起增容、降低成品價格作用，而超細 CaCO (粒徑小于01 m)不僅可以起到增容、降價作用，用于塑料、橡 膠和紙張 中，還具有 補強作用 。粒 徑小 于 002g,m 的 CaCO 產(chǎn) 品，所具補強作用可 以與 白炭黑 相 比。粒徑小 于 008ttm且粒 徑分布很窄的CaCO ，可用作汽車底盤防石擊的填料。因此，超 細 CaCO，的研制、開發(fā)受到國內(nèi)外的關(guān)注。采用碳化 法經(jīng)過煅燒、消化、碳化等工藝制得了超細碳酸鈣粉體【4】。展 望我國是鎂資源大國，擁有大量的鎂礦及海湖鎂鹽，為發(fā)展鎂 鹽工業(yè)提供了良好條件。受技術(shù)及經(jīng)濟條件的限制，我國的產(chǎn) 品目前大多以技術(shù)含量少、附加值低的初級產(chǎn)品出售。目前各 國正在開發(fā)的高附加值鎂系產(chǎn)品有氫氧化鎂阻燃劑、堿式硫酸 鎂晶須、硼酸鎂晶須、高純氧化鎂、納米氧化鎂等。 因此，中國科研工作者應投入更多精力 ，開發(fā)超細氧化鎂、 活性氧化鎂、球狀碳酸鎂、透明碳酸鎂、氫氧化鎂阻燃劑以及堿 式硫酸鎂阻燃劑等高附加值產(chǎn)品，進而增加企業(yè)的經(jīng)濟和社會 效益 。新建鎂鹽企業(yè)要上規(guī)模 、上檔次 、產(chǎn) 品應系列化。【1】參考文獻：劉治國，池順都化工行