河南某白云石礦煅燒試驗(yàn)研究

李威 邵世威 鄧曉珂

（1.河南省地質(zhì)局地質(zhì)災(zāi)害防治中心；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院）

白云石化學(xué)成分為CaMg（CO3）2，屬三方晶系碳酸鹽礦物，具有表面吸附作用、耐火度高、比表面積大、隔熱和保溫效果好等特性，是環(huán)保、化工、冶金、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的重要輔助原料［1-2］。在環(huán)保領(lǐng)域白云石可用于吸附廢水及土壤環(huán)境中的Cd2+、Cu2+、Cr6+等重金屬［3-7］，對(duì)CO2亦有較好的捕集效果［8-9］；在化工業(yè)白云石是制備MgO、CaCO3、CaSO4（石膏）的重要原料［10-14］；在農(nóng)業(yè)上白云石可作為土壤酸度的中和劑［15］及制備肥料［16］，也可用于橡膠、造紙的填料［17-18］。白云石原礦中含有較多的CO2（47%左右），只有使白云石中的CO2受熱分解，才能得到供耐火材料使用的原料［19］；白云石煅燒過程的合理性對(duì)氧化鎂的性質(zhì)影響較大［20］。研究區(qū)內(nèi)白云石礦為河南濟(jì)源鋼鐵集團(tuán)有限公司在濟(jì)源當(dāng)?shù)氐闹匾I(yè)原料基地，本文通過調(diào)節(jié)白云石的煅燒溫度、煅燒時(shí)間，測(cè)定白云石的灼減及活性，以確定煅燒白云石的適宜溫度及時(shí)間，為該區(qū)白云石礦的開發(fā)利用提供合理的工藝參數(shù)。

1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料取自濟(jì)源市克井鎮(zhèn)南樊西坡冶金用白云石礦山，其化學(xué)組成主要為CaO、MgO，含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O 等。CaO 含量最高34.72%，最低22.93%，平均品位30.42%。MgO含量多集中在18%～22%，平均品位20.19%。

2 試驗(yàn)方法

（1）煅燒試驗(yàn)方法。煅燒試驗(yàn)樣品粒度控制為25～30 mm，在試驗(yàn)室用馬弗爐內(nèi)進(jìn)行，先將物料放入馬弗爐內(nèi)，按一定的升溫制度升溫至預(yù)設(shè)溫度，保溫一定時(shí)間后，馬弗爐加熱電源，取出樣品，待樣品冷卻后裝入自封袋，放置到干燥器內(nèi)保存?zhèn)溆?。煅燒試?yàn)樣品質(zhì)量控制在0.5～1.0 kg。

（2）活性度的測(cè)定。將煅燒完成的樣品采用顎式破碎機(jī)磨碎至全部通過5 mm 分樣篩，再采用1 mm分樣篩篩去細(xì)粉，充分混勻后采用縮分法制備出樣品備用。在3 000 mL 燒杯中加入2 000 mL 溫度稍高于40 ℃的水，控制攪拌速度為285 r/min，待溫度控制到40±1 ℃時(shí)，加入8～10滴濃度為5 g/L的酚酞指示劑，然后加入1～5 mm 煅燒后的白云石待測(cè)樣品50 g并開始計(jì)時(shí)，待白云石消化，溶液顏色變紅后，滴定加入4 mol/L 的鹽酸溶液，整個(gè)過程保持溶液處于紅色剛好消失的狀態(tài)，記錄10 min 時(shí)滴入的鹽酸溶液毫升數(shù)。

（3）煅燒制度確定。試驗(yàn)采用Rigaku Thermo Plus TG 8120熱重-差熱分析儀對(duì)白云石進(jìn)行TG-DTA分析，溫度范圍常溫-1 200 ℃，升溫速率10 ℃/min，分析結(jié)果見圖1。

白云石的熱分解特性決定了煅燒條件的選擇和最終產(chǎn)品的質(zhì)量［21］。由圖1可見，在0～650 ℃時(shí)，物料有少量的失重，其失重主要為有機(jī)物的分解揮發(fā)以及部分黏土的失水；在650～825 ℃時(shí)，物料失重45.12%，并伴隨一個(gè)吸熱峰，表明在該溫度區(qū)間內(nèi)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，主要反應(yīng)式為

由TG-DTA 曲線可知，反應(yīng)的開始溫度在650 ℃左右，反應(yīng)結(jié)束溫度在820.3 ℃；當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后溫度繼續(xù)上升，物料質(zhì)量恒定，未有明顯的吸熱或放熱峰。根據(jù)差熱分析確定白云石的煅燒分解溫度為650～825 ℃，因此確定白云石的煅燒制度，見圖2。

3 煅燒試驗(yàn)研究

據(jù)TG-DTA 分析確定的白云石分解溫度為650～825 ℃，由于煅燒的白云石采用粒徑為25～31.5 mm 的塊樣，因此考察白云石煅燒溫度的起始溫度為950 ℃。

按圖2 燒結(jié)制度，煅燒溫度分別為950，1 000，1 050，1 100，1 150，1 200 ℃，設(shè)定保溫時(shí)間為60 min，不同溫度下白云石的灼減及活性度見表1，白云石煅燒溫度與灼減及活性度的關(guān)系見圖3。

由表1 和圖3 可知，隨著煅燒溫度的升高，白云石的灼減升高；當(dāng)溫度上升到1 000 ℃時(shí)，其灼減趨于穩(wěn)定；煅燒白云石的活性度隨煅燒溫度的升高先升高后降低，在1 150 ℃時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)；溫度繼續(xù)上升期活性度出現(xiàn)了一定程度的下降，說明在1 200 ℃時(shí)出現(xiàn)了過燒。

煅燒溫度在1 100～1 150 ℃時(shí)，白云石的活性度均高于150 mL，煅燒產(chǎn)品活性度符合武鋼《烏龍泉礦原料、燃料及產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（武鋼烏政發(fā)（2014）60號(hào)文件）對(duì)輕燒白云石質(zhì)量要求中的特級(jí)品活性度≥150 mL 的指標(biāo)。進(jìn)一步考察在該溫度下不同煅燒時(shí)間對(duì)活性度的影響，結(jié)果見表2、表3。

由表2和表3可知，在1 100～1 150 ℃時(shí)，煅燒時(shí)間的延長能提高白云石的活性度，最佳的煅燒溫度及時(shí)間為1 100 ℃、90 min，該條件下灼減與活性度達(dá)到最大，灼減為47.36%，活性度達(dá)到225.6 mL。

對(duì)1 100 ℃下煅燒90 min 的白云石產(chǎn)品進(jìn)行化學(xué)多項(xiàng)分析及X 射線衍射分析，結(jié)果見表4、圖4，其物質(zhì)組成見表5。

由表4 可知，在1 100 ℃煅燒90 min后，白云石MgO 含量40.05%，CaO 含量55.68%，另有少量SiO2、Al2O3、P2O5、S等。

由圖4、表5 可知，在1 100 ℃煅燒90 min 后白云石的物質(zhì)組成為石灰石、方鎂石，其含量分別為54.0%、41.0%，還有少量石灰石與空氣中的水反應(yīng)生產(chǎn)了氫氧化鈣。

4 結(jié)論

河南某白云石的煅燒適宜溫度為1 100～1 150 ℃，煅燒產(chǎn)品活性度達(dá)到武鋼《烏龍泉礦原料、燃料及產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（武鋼烏政發(fā)（2014）60 號(hào)文件）對(duì)輕燒白云石質(zhì)量要求中特級(jí)品活性度≥150 mL 的指標(biāo)要求，隨著煅燒溫度上升時(shí)間減少，適宜的時(shí)間為30～90 min。白云石在1 100 ℃煅燒90 min后灼減與活性度達(dá)到最大，其灼減為47.36%，活性度達(dá)到225.6 mL。煅燒后白云石的MgO 含量40.50%，CaO 含量55.68%，主要物質(zhì)組成為石灰石、方鎂石。