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品。在菱鎂礦精制過程中，添加球團添加劑，使后續工藝輕燒過程中菱鎂礦保持球團形貌特征，避免球團大量粉化造成豎窯堵塞。通過沖擊測試得到的輕燒球團強度，即從0.5 m墜落次數可達10次，粉體活性＜230 s，燒失率＜0.1%。

菱鎂礦；精制；壓球；輕燒

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

目前，高純鎂砂的生產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質的菱鎂礦煅燒，生產工藝簡單，成本低。白云石碳化法由于采用含鈣白云石，缺點為鈣雜質與鎂分離困難，難以達到高純鎂砂的純度。鹵水碳銨法生產成本較高，并且要用到銨鹽溶液，會產生氨氮廢液，容易造成環境污染。在遼寧省海城至營口大石橋一帶，由于菱鎂礦雜質含量較低，大都采用菱鎂礦煅燒法制備高純鎂砂，即將優質菱鎂礦塊礦直接運送至爐窯煅燒，從而得到高純鎂砂。而菱鎂礦的粉狀礦由于無法直接進入爐窯煅燒，故一般作為尾礦堆填至尾礦庫。隨著堆積尾礦量的增大，資源化開發利用菱鎂粉狀礦尾礦就成為企業和行業可持續發展的重點。然而這部分尾礦經一次壓球，在豎窯內輕燒后易粉化，造成爐窯通風堵塞，并且后續的利用需要進行二次壓球，大大提高了生產成本。筆者針對菱鎂礦粉狀尾礦做了研究，開發出了菱鎂礦精制-壓球-輕燒生產合格鎂砂新工藝，以期為行業的可持續發展提供參考。

1　實驗

1.1原料

實驗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，其中氧化鎂質量分數為45%左右，其他雜質的含量很低。

表1　實驗原料的主要化學組成　%

1.2實驗方法

通過考察菱鎂礦精制-壓球-輕燒工藝流程中菱鎂礦球團壓制壓強、輕燒溫度、輕燒時間、添加劑及添加劑加入方式等條件，來研究其對最終燒結球團強度、活性和灼燒率的影響。球團強度測定采用墜落沖擊測試方法，即將球團從0.5 m或0.2 m的高度自由墜落，直至球團破碎所經歷的次數作為球團強度指標。氧化鎂球團活性和灼燒率分別根據標準YB/T 4019—2006《輕燒氧化鎂化學活性測定方法》和GB/T 5069.1—2001《鎂質及鎂鋁（鋁鎂）質耐火材料化學分析方法重量法測定灼燒減量》來測定。

2　結果與討論

2.1球團壓制強度

取菱鎂礦粉礦分別在10、20、40、60 MPa的壓強下壓球，在1 150℃下輕燒30 min。采用0.5 m高度墜落測試沖擊強度，考察了壓制強度對球團強度的影響，結果見圖1。由圖1可見，隨著球團壓制壓強增加，壓制球團強度逐漸提升。這是由于壓制壓強越大，顆粒之間結合越緊密，在后續的輕燒過程中顆粒與顆粒之間更容易形成燒結頸。但當壓制強度達到40 MPa后，球團墜落沖擊強度沒有繼續提升。綜合考慮，實驗選擇適宜的壓制強度為40 MPa。

圖1　球團壓制強度對球團強度的影響

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高度墜落測試沖擊強度，考察了輕燒溫度對球團活性、強度及燒失率的影響，結果見圖2。

圖2　球團輕燒溫度對球團強度和活性的影響

由圖2可見，隨著輕燒溫度的升高，輕燒球團強度顯著提升，墜落沖擊強度從1次提高到6次。根據YB/T 4019—2006的測試方法，以輕燒氧化鎂和檸檬酸反應的時間長短來衡量輕燒氧化鎂的活性，反應時間越短，則活性越佳。由圖2還可見，隨著輕燒溫度升高，球團活性卻在逐漸下降，且輕燒球團的燒失率也隨輕燒溫度升高逐步減小。為了達到較好的球團強度和較好的活性、燒失率需求，綜合考慮，實驗選擇適宜的輕燒溫度為1 150℃。

2.3輕燒時間

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高度墜落測試沖擊強度，考察了輕燒時間對球團活性及強度的影響，結果見圖3。由圖3可見，隨著輕燒時間的延長，輕燒球團強度逐漸提升，但是當輕燒時間超過60 min之后，強度的提升趨于平緩。同時隨著輕燒時間的延長球團活性則直線下降，遠超出輕燒粉的活性標準。為了達到較好的球團強度和較好的活性需求，綜合考慮，實驗選擇適宜的反應時間為30 min。

圖3　球團輕燒時間對球團強度和活性的影響

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高度墜落測試沖擊強度，考察了添加劑及其加入量對球團強度的影響，結果見圖4。由圖4可見，對于添加劑BGMGT1，隨著添加劑加入量的增加，輕燒球團強度呈升高趨勢，直到添加量為1%（質量分數，下同）時強度最大，隨著繼續加入添加劑至3%時，輕燒球團強度始終維持一個恒定強度，未出現明顯下降，說明添加劑前期添加量對球團強度影響較大，而后續添加量對輕燒球團強度無明顯影響。實驗結果說明，輔助輕燒添加劑對輕燒球團強度有著重要作用。綜合考慮，取添加劑加入量為0.5%作為參考值，對BGMGT2、BGMGT3和BGMGT4進行考察。研究發現，除BGMGT2對球團強度作用較小外，BGMGT3和BGMGT4均和BGMGT1一樣對輕燒球團強度起到提高的作用。

圖4　球團添加劑對球團強度的影響

由于這4種添加劑都是水溶性藥劑，并且傳統輕燒鎂球團壓制過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球團強度的影響，結果見圖5。由圖5可見，3種添加劑通過先溶解后添加的方式添加，對輕燒球團強度的影響較大。BGMGT1和BGMGT3對輕燒球團的影響幾乎一致，都維持在一個較高強度水平，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輕燒球團強度造成明顯的影響。而BGMGT4通過改變添加方式后對球團強度影響最大，同樣添加0.5%的BGMGT4后，輕燒球團的強度比加入另外2種添加劑得到的強度提高了1倍，其本身從墜落沖擊強度6次提升至墜落10次，強度獲得了極大的提高。說明改變添加劑添加方式僅對BGMGT4加入后的球團強度影響較大，并且能明顯改善輕燒球團抗墜落沖擊強度。

圖5　球團添加劑添加方式對球團強度的影響

2.5綜合條件實驗

取菱鎂礦粉礦在40MPa壓強下壓球，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強度，結果見表2。由表2綜合條件實驗結果表明，得到輕燒球團墜落沖擊強度測試可達10次，粉體活性＜230 s，燒失率＜0.1%，在達到輕燒球團指標的同時提高了球團的強度，實現了菱鎂礦精制-壓球-輕燒工藝一步制得合格鎂砂的目標。

表2　球團強度綜合條件實驗

3　結論

1）針對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品。2）開發出球團添加劑BGMGT4，通過菱鎂礦精制工序，使壓制球團強度增強，在后續輕燒過程中可保持球團形貌，避免球團粉化堵塞爐窯。3）考察了菱鎂礦球團壓制壓強、輕燒溫度、輕燒時間、添加劑種類、添加量和添加劑添加方式等因素對輕燒后球團強度、粉體的活性和燒失率的影響，發現對球團強度影響最大的是輕燒時間，其次為輕燒溫度。4）優化工藝條件下，即球團壓強為40 MPa、輕燒溫度為1 150℃、輕燒時間為30 min、采用0.5%（質量分數）BGMGT4添加劑，通過沖擊測試得到的輕燒球團強度，即從0.5 m墜落次數可達10次，粉體活性＜230 s，燒失率＜0.1%。

［1］李承元.國內外菱鎂礦資源開發應用現狀及展望［J］.世界有色金屬，1997（12）：30-34.

［2］王兆敏.中國菱鎂礦現狀與發展趨勢［J］.中國非金屬礦工業導刊，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］.無機鹽工業，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］.武漢工程大學學報，2008，30（2）：88-90.

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

聯系方式：wz_andrew@163.com

Study on preparation process of magnesium oxide from pulverous magnesite tailings

Wang Zheng，Feng 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，已公開發表文章20余篇。