白云石制备高纯氧化镁工艺研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表３ 碳化至不同 ｐＨ 下加入（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４ 对碱式碳酸镁纯度的影响
ｐＨ 碳 化 前 （ｐＨ≥１２．０）
９．０ ８．５ ８．０ ７．５ ７．０ ６．５
ｗ （ＭｇＯ）／％ ４１．００ ４３．１０ ４３．６２ ４３．３０ ４２．３５ ４２．００ ４１．８５
ｗ （ＣａＯ）／％ ２．５０ ０．１１ ０．０８ ０．０９ ０．５８ ０．６２ １．２０
表 １ 消 化 温 度 对 煅 白 消 化 １ｈ 剩 余 残渣量的影响
剩 余 残 渣 量／％
消 化 温 度／℃ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ ５０ ４５ ３５ １０ ９ ７ １５ ２０
２．３ 碳化终点 ｐＨ 对碳化效率的影响 实验先研究了精镁乳液碳化至不同 ｐＨ 下 滤
液热解所得碱式 碳 酸 镁 的 纯 度 及 碳 化 效 率，结 果 见表２。碳化至 ｐＨ＝９．０ 时，ＣａＯ 的 质 量 分 数 最
·９·
·试验研究· ＩＭ＆Ｐ 化工矿物与加工 ２０１１年第１０期
１．１．２ 仪 器 设 备 ＢＤＷ１－ＳＸ－５－１２马弗炉、普通坩埚、恒温水 浴
（０～１００ ℃）、搅拌器、二氧化碳气瓶（带减压阀）、 自制碳化塔、减压抽滤设备、Ｘ－ ｐｅｒｔ ＰＲＯ Ｘ 射 线 衍射 能 谱 仪、ｐｗ－４４００－４０Ｘ 射 线 荧 光 光 谱 仪、 Ｑ６００同步 差 示扫描量热热重分析仪、ＳＢＤＹ－１ 白 度 仪 、其 他 常 用 玻 璃 仪 器 。 １．２ 实 验 方 法
由 于 Ｃａ （ＯＨ ）２ 碱 性 和 活 性 远 大 于 Ｍｇ（ＯＨ）２，因此反应 （ａ）为 快 反 应，反 应 （ｂ）为 慢 反应，跟踪的 ｐＨ 数 值 结 果 也 说 明 了 这 一 点。 碳 化在几 分 钟 内 ｐＨ 迅 速 降 为 ９．０，然 后 缓 慢 减 小 直到 ｐＨ 为７．０～６．５。
以白云石为原料制备高纯氧化镁粉末的流程 见 图 １。
图 １ 工 艺 流 程 图 将白云 石 粉 碎 至 ２～５ｃｍ，在 ９１０～１０５０ ℃ 下煅烧，得煅白，测得其 失 重 大 于 ４７％，分 析 其 中 ＭｇＯ 质 量 分 数 为 ３９．６％，ＣａＯ 质 量 分 数 为 ５７．８５％；取１６ｇ煅白加入８００ｍＬ 热水在恒温水 浴中搅拌消化１ｈ得消化乳液，过６０ 目筛除渣得 精 镁 乳 液 ；精 镁 乳 液 冷 却 至 室 温 后 转 移 至 碳 化 塔 ， 通入 ＣＯ２进行 碳 化，并 跟 踪 测 试 其 ｐＨ 值。 在 不 同的 ｐＨ 下 加 入 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４，继 续 碳 化 至 ｐＨ 至６．５。碳化后乳液压滤得重镁水，在 ９５ ℃ 下热 解１ｈ得到碱 式 碳 酸 镁 沉 淀，碱 式 碳 酸 镁 在 一 定 温度下煅烧得氧化镁粉末。 精 镁 乳 液 、重 镁 水 、碱 式 碳 酸 镁 和 氧 化 镁 产 品 的 ＭｇＯ、ＣａＯ 质量分数用 ＥＤＴＡ 容量法测定。 ２ 结 果 与 讨 论 ２．１ 白 云 石 煅 烧 温 度 对 煅 白 消 化 效 率 的 影 响 煅白的消化效率直接影响白云石碳化法生产 氧化镁的产率，而 白 云 石 煅 烧 温 度 是 决 定 煅 白 消 化效率的重要因素。白云石煅烧时发生的化学反 应为［１１］：第一阶段 是 在 ７００～８５０ ℃ 下 碳 酸 镁 的 分解：
精镁乳液固相组分为 Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２， 其 ｐＨ≥１２。当进行碳化时发生的反应依次为：
Ｃａ（ＯＨ）２＋ ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋ Ｈ２Ｏ （快反应） （ａ） Ｍｇ（ＯＨ）２＋ ＣＯ２→ Ｍｇ（ＨＣＯ３）２ （慢反应） （ｂ） ＣａＣＯ３＋ＣＯ２→Ｃａ（ＨＣＯ３）２ （慢 反 应 ） （ｃ）
ＣａＣＯ３· ＭｇＣＯ３＝ ＭｇＯ＋ＣａＣＯ３＋ＣＯ２
第二阶段是在高于９１０ ℃的Leabharlann Baidu件下碳酸钙的 分解：
ＭｇＯ＋ＣａＣＯ３＝ＭｇＯ ＋ ＣａＯ ＋ＣＯ２
· １０ ·
因此，实 验 研 究 了 ９１０～１０５０ ℃ 下 的 煅 白 消 化 残 渣 量 ，结 果 见 图 ２。
图 ２ 不 同 煅 烧 温 度 下 的 煅 白 消 化 残 渣 量 由图２可 见，煅 烧 温 度 越 高，消 化 残 渣 量 越 大，在９１０ ℃残渣剩余量仅为 １０％，而在 １０５０ ℃ 下消化残 渣 量 达 到 ５０％。 其 原 因 是 随 着 煅 烧 温 度的 升 高，氧 化 物 过 度 烧 结，晶 体 完 整 性 不 断 增 加 ，最 终 导 致 活 性 降 低 。 因 此 为 了 提 高 消 化 效 率 ， 白云石的煅烧温 度 应 越 低 越 好，工 业 化 生 产 时 可 选择在９１０～９５０ ℃ 煅 烧 白 云 石，煅 烧 时 间 可 在 ３０～６０ ｍｉｎ之间选择，保证失重率在４６％以上。 ２．２ 煅 白 消 化 条 件 的 选 择 煅白消化 效 率 除 了 与 白 云 石 煅 烧 温 度 有 关 外 ，还 取 决 于 所 选 择 的 液 固 比 、消 化 温 度 。 选 择 较 大的液固比可使 白 云 石 中 ＣａＯ、ＭｇＯ 充 分 消 化， 但液固比过大会 增 大 重 镁 水 热 解 时 的 能 耗，同 时 考虑到重镁水的溶解度只有 ７～８ｇ／Ｌ，多 次 实 验 表明当液固比为４０～５０∶１ 时，煅 白 已 经 基 本 消 化，剩余残渣小于１０％。提 高 消 化 温 度 可 以 加 速 煅 白 的 消 化 ，但 消 化 反 应 属 于 放 热 反 应 ，温 度 过 高 会降低消化率。因此实验研究了温度对煅白消化 １ｈ剩余残渣 量 的 影 响，结 果 见 表 １。 可 以 看 出， 消化温度选择５０～７０ ℃ 时，剩 余 残 渣 量 最 少，因 此建议选择温度在５０～７０ ℃之间。
２．４ （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４ 的 加 入 对 产 品 纯 度 的 影 响 为了既提高 ＭｇＯ 的 提 取 率 又 保 证 产 品 的 纯
度，实验选择了 在 碳 化 至 不 同 ｐＨ 时 加 入 精 镁 乳 液质量的０．０２％ ～０．０５％ 的 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４，继 续 碳 化 至 ｐＨ ＝ ６．５，分 析 不 同 ｐＨ 下 加 入 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４对 碱 式 碳 酸 镁 纯 度 的 影 响，结 果 见 表 ３。 由 表 ３ 可 见，ｐＨ 为 ９．０～８．０ 时 加 入 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４ 的 产 品 纯 度 最 高，而 在 ｐＨ＝１２．０ 时 加 入 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４的 产 品 纯 度 最 低 。
关 键 词 ：白 云 石 ；氧 化 镁 ；草 酸 铵 ；碱 式 碳 酸 镁 ；氧 化 钙 中 图 分 类 号 ：ＴＱ１３２．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言 高纯氧化镁是指 ＭｇＯ 质量分数高于 ９８％的
轻 质 氧 化 镁 ，广 泛 应 用 于 表 面 涂 层 、造 纸 、冶 金 、陶 瓷和耐火材料等领域。生产高纯氧化镁的方法主 要 有 卤 水 － 石 灰 石 （白 云 石 ）法 、卤 水 － 氨 化 法 、卤 水 － 纯 碱 法、卤 水 － 碳 铵 法、白 云 石 － 碳 化 法［１ 等 ～７］ 。采 用 富 含 镁 源 的 矿 石 （例 如 白 云 石、 菱 镁 矿 、蛇 纹 石 等 ）生 产 氧 化 镁 产 品 因 其 工 艺 流 程 简 单 、成 本 低 廉 、易 于 工 业 化 生 产 而 具 有 广 阔 的 发 展空间。
目前，我国生 产 的 氧 化 镁 纯 度 绝 大 部 分 低 于 ９６％ ，无 法 满 足 高 质 量 耐 火 材 料 的 要 求 ，因 此 我 国 迫切需要解决高纯氧化镁的生产技术问题。用白 云石碳化法生产 高 纯 氧 化 镁，关 键 工 序 在 于 钙 镁 的彻底分离。 目 前，对 白 云 石 碳 化 体 系 的 改 进 方 法主 要 有 二 次 碳 化、加 压 碳 化、添 加 有 机 添 加 剂［８～ 。 １ １］ 二次碳化法是 将 碳 化 后 的 含 钙 重 镁 水 热解得到 含 钙 碳 酸 镁 后 进 行 第 二 次 碳 化 再 经 热 解、煅烧制备 出 纯 度 为 ９９．２％ 的 氧 化 镁，工 艺 流 程 变 长 ，能 耗 增 加 。 加 压 碳 化 时 增 加 碳 化 压 力 ，增 大碳化体系 中 ＣＯ２ 浓 度，使 更 多 的 镁 进 入 液 相，
（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４，分 析 纯；二 氧 化 碳，市 售；ＥＤ－ ＴＡ，分析纯。白云 石 来 自 内 蒙 古 旗 下 营，原 料 组 成 为：ＭｇＯ ２０．９６％，ＣａＯ ３０．６６％，Ｆｅ２ Ｏ３ ０．３０％ ，ＳｉＯ２０．８％ 。
＊ 收稿日期：２０１１－０８－１５ 基 金 项 目 ：中 国 科 学 院 “百 人 计 划 ”项 目 。 作 者 简 介 ：吴 成 友 （１９８６－），男 ，硕 士 研 究 生 ，无 机 非 金 属 材 料 专 业 。
本研究首先以 白 云 石 为 原 料，经 煅 烧、消 化、 碳化、热解、烘干制备出 ＣａＯ 质量分数小于０．１％ 的高 纯 碱 式 碳 酸 镁，然 后 煅 烧 制 备 出 ＭｇＯ 质 量 分数高于 ９９％ 的 高 纯 氧 化 镁。 主 要 研 究 了 白 云 石煅 烧 温 度、煅 白 的 消 化 条 件、镁 乳 液 碳 化 时 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４的加入及加入 时 的 最 佳 ｐＨ、碱 式 碳 酸镁煅烧温度等对产品氧化镁纯度和提取率的影 响。 １ 实 验 部 分 １．１ 试 剂 及 仪 器 １．１．１ 试 剂 及 原 料
摘要：以白云石为原料，经煅烧、消化、碳化、热解、烘干制备出 ＣａＯ 质 量 分 数 小 于 ０．１％ 的 碱 式 碳 酸 镁，煅 烧 后 制 备出 ＭｇＯ 质量分数高于９９％的高纯氧化镁。研究了白云石煅烧温度、消化条件、碳化终点 ｐＨ、碳 化 时（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４ 的加入及加入时的 ｐＨ 对消化效率、碳 化 效 率 以 及 产 品 纯 度 的 影 响。 确 定 了 最 佳 工 艺 条 件：白 云 石 最 佳 煅 烧 温 度 为 ９１０～９５０ ℃，煅烧时间为３０～６０ｍｉｎ；在５０～７０ ℃下按液固比４０～５０∶１消化；碳化至ｐＨ＝９．０～８．０时加入精镁乳 液质量的０．０２％～０．０５％的（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４，继续碳化至 ｐＨ＝６．５；碱式碳酸镁最佳煅烧温度为７００～８００ ℃。
·试验研究· ＩＭ＆Ｐ 化工矿物与加工 ２０１１年第１０期
文 章 编 号 ：１００８－７５２４（２０１１）１０－０００９－０５
白云石制备高纯氧化镁工艺研究＊
吴成友１，３，余红发１，２，李 颖１，３，王梅娟１，３，李成栋１，３，董金美１，武金永４
（１．中国科学院青海盐湖研究所，青海 西宁８１０００８；２．南京航空航天大学土木工程系， 江苏 南京２１００１６；３．中国科学院研究生院，北京１０００４９；４．内蒙古昶泰资源循环再 生利用科技开发有限责任公司，内蒙 呼和浩特０１００８０）
·试验研究· ＩＭ＆Ｐ 化工矿物与加工 ２０１１年第１０期
低，即产品纯度最高，但 提 取 率 只 有 ２０％，不 适 合 工业化生 产。 碳 化 至 ｐＨ＝６．５ 时，ＭｇＯ 的 提 取 率 可 达 ９５％ ，不 足 之 处 是 产 品 纯 度 不 够 高 。
表２ 碳化至不同 ｐＨ 时碱式碳酸镁的纯度 及碳化效率＊
碳化 ｐＨ ９．０ ８．５ ８．０ ７．５ ７．０ ６．５ ＣａＯ 的质量分数／％ ０．０４５０．１３５ ０．１８ ０．５０ ０．８０ １．２３ ＭｇＯ 的提取率／％ ２０ ３０ ４５ ６０ ８０ ９５
＊用重镁水中 ＭｇＯ 质量分 数 与 精 镁 乳 液 中 ＭｇＯ 质 量 分 数 的比值表示。
过 滤 后 经 热 解 、煅 烧 制 备 出 高 纯 氧 化 镁 ，但 加 压 碳 化对设备要求较高。添加有机添加剂法是在碳化 时加入有机添加剂 （主 要 是 有 机 胺），有 机 添 加 剂 与镁 络 合 后 进 入 液 相，提 高 重 镁 水 中 ＭｇＯ 的 质 量分 数，但 有 机 添 加 剂 价 格 昂 贵，增 加 了 生 产 成 本。
ｐＨ 碳 化 前 （ｐＨ≥１２．０）
９．０ ８．５ ８．０ ７．５ ７．０ ６．５
ｗ （ＭｇＯ）／％ ４１．００ ４３．１０ ４３．６２ ４３．３０ ４２．３５ ４２．００ ４１．８５
ｗ （ＣａＯ）／％ ２．５０ ０．１１ ０．０８ ０．０９ ０．５８ ０．６２ １．２０
表 １ 消 化 温 度 对 煅 白 消 化 １ｈ 剩 余 残渣量的影响
剩 余 残 渣 量／％
消 化 温 度／℃ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ ５０ ４５ ３５ １０ ９ ７ １５ ２０
２．３ 碳化终点 ｐＨ 对碳化效率的影响 实验先研究了精镁乳液碳化至不同 ｐＨ 下 滤
液热解所得碱式 碳 酸 镁 的 纯 度 及 碳 化 效 率，结 果 见表２。碳化至 ｐＨ＝９．０ 时，ＣａＯ 的 质 量 分 数 最
·９·
·试验研究· ＩＭ＆Ｐ 化工矿物与加工 ２０１１年第１０期
１．１．２ 仪 器 设 备 ＢＤＷ１－ＳＸ－５－１２马弗炉、普通坩埚、恒温水 浴
（０～１００ ℃）、搅拌器、二氧化碳气瓶（带减压阀）、 自制碳化塔、减压抽滤设备、Ｘ－ ｐｅｒｔ ＰＲＯ Ｘ 射 线 衍射 能 谱 仪、ｐｗ－４４００－４０Ｘ 射 线 荧 光 光 谱 仪、 Ｑ６００同步 差 示扫描量热热重分析仪、ＳＢＤＹ－１ 白 度 仪 、其 他 常 用 玻 璃 仪 器 。 １．２ 实 验 方 法
由 于 Ｃａ （ＯＨ ）２ 碱 性 和 活 性 远 大 于 Ｍｇ（ＯＨ）２，因此反应 （ａ）为 快 反 应，反 应 （ｂ）为 慢 反应，跟踪的 ｐＨ 数 值 结 果 也 说 明 了 这 一 点。 碳 化在几 分 钟 内 ｐＨ 迅 速 降 为 ９．０，然 后 缓 慢 减 小 直到 ｐＨ 为７．０～６．５。
以白云石为原料制备高纯氧化镁粉末的流程 见 图 １。
图 １ 工 艺 流 程 图 将白云 石 粉 碎 至 ２～５ｃｍ，在 ９１０～１０５０ ℃ 下煅烧，得煅白，测得其 失 重 大 于 ４７％，分 析 其 中 ＭｇＯ 质 量 分 数 为 ３９．６％，ＣａＯ 质 量 分 数 为 ５７．８５％；取１６ｇ煅白加入８００ｍＬ 热水在恒温水 浴中搅拌消化１ｈ得消化乳液，过６０ 目筛除渣得 精 镁 乳 液 ；精 镁 乳 液 冷 却 至 室 温 后 转 移 至 碳 化 塔 ， 通入 ＣＯ２进行 碳 化，并 跟 踪 测 试 其 ｐＨ 值。 在 不 同的 ｐＨ 下 加 入 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４，继 续 碳 化 至 ｐＨ 至６．５。碳化后乳液压滤得重镁水，在 ９５ ℃ 下热 解１ｈ得到碱 式 碳 酸 镁 沉 淀，碱 式 碳 酸 镁 在 一 定 温度下煅烧得氧化镁粉末。 精 镁 乳 液 、重 镁 水 、碱 式 碳 酸 镁 和 氧 化 镁 产 品 的 ＭｇＯ、ＣａＯ 质量分数用 ＥＤＴＡ 容量法测定。 ２ 结 果 与 讨 论 ２．１ 白 云 石 煅 烧 温 度 对 煅 白 消 化 效 率 的 影 响 煅白的消化效率直接影响白云石碳化法生产 氧化镁的产率，而 白 云 石 煅 烧 温 度 是 决 定 煅 白 消 化效率的重要因素。白云石煅烧时发生的化学反 应为［１１］：第一阶段 是 在 ７００～８５０ ℃ 下 碳 酸 镁 的 分解：
精镁乳液固相组分为 Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２， 其 ｐＨ≥１２。当进行碳化时发生的反应依次为：
Ｃａ（ＯＨ）２＋ ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋ Ｈ２Ｏ （快反应） （ａ） Ｍｇ（ＯＨ）２＋ ＣＯ２→ Ｍｇ（ＨＣＯ３）２ （慢反应） （ｂ） ＣａＣＯ３＋ＣＯ２→Ｃａ（ＨＣＯ３）２ （慢 反 应 ） （ｃ）
ＣａＣＯ３· ＭｇＣＯ３＝ ＭｇＯ＋ＣａＣＯ３＋ＣＯ２
第二阶段是在高于９１０ ℃的Leabharlann Baidu件下碳酸钙的 分解：
ＭｇＯ＋ＣａＣＯ３＝ＭｇＯ ＋ ＣａＯ ＋ＣＯ２
· １０ ·
因此，实 验 研 究 了 ９１０～１０５０ ℃ 下 的 煅 白 消 化 残 渣 量 ，结 果 见 图 ２。
图 ２ 不 同 煅 烧 温 度 下 的 煅 白 消 化 残 渣 量 由图２可 见，煅 烧 温 度 越 高，消 化 残 渣 量 越 大，在９１０ ℃残渣剩余量仅为 １０％，而在 １０５０ ℃ 下消化残 渣 量 达 到 ５０％。 其 原 因 是 随 着 煅 烧 温 度的 升 高，氧 化 物 过 度 烧 结，晶 体 完 整 性 不 断 增 加 ，最 终 导 致 活 性 降 低 。 因 此 为 了 提 高 消 化 效 率 ， 白云石的煅烧温 度 应 越 低 越 好，工 业 化 生 产 时 可 选择在９１０～９５０ ℃ 煅 烧 白 云 石，煅 烧 时 间 可 在 ３０～６０ ｍｉｎ之间选择，保证失重率在４６％以上。 ２．２ 煅 白 消 化 条 件 的 选 择 煅白消化 效 率 除 了 与 白 云 石 煅 烧 温 度 有 关 外 ，还 取 决 于 所 选 择 的 液 固 比 、消 化 温 度 。 选 择 较 大的液固比可使 白 云 石 中 ＣａＯ、ＭｇＯ 充 分 消 化， 但液固比过大会 增 大 重 镁 水 热 解 时 的 能 耗，同 时 考虑到重镁水的溶解度只有 ７～８ｇ／Ｌ，多 次 实 验 表明当液固比为４０～５０∶１ 时，煅 白 已 经 基 本 消 化，剩余残渣小于１０％。提 高 消 化 温 度 可 以 加 速 煅 白 的 消 化 ，但 消 化 反 应 属 于 放 热 反 应 ，温 度 过 高 会降低消化率。因此实验研究了温度对煅白消化 １ｈ剩余残渣 量 的 影 响，结 果 见 表 １。 可 以 看 出， 消化温度选择５０～７０ ℃ 时，剩 余 残 渣 量 最 少，因 此建议选择温度在５０～７０ ℃之间。
２．４ （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４ 的 加 入 对 产 品 纯 度 的 影 响 为了既提高 ＭｇＯ 的 提 取 率 又 保 证 产 品 的 纯
度，实验选择了 在 碳 化 至 不 同 ｐＨ 时 加 入 精 镁 乳 液质量的０．０２％ ～０．０５％ 的 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４，继 续 碳 化 至 ｐＨ ＝ ６．５，分 析 不 同 ｐＨ 下 加 入 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４对 碱 式 碳 酸 镁 纯 度 的 影 响，结 果 见 表 ３。 由 表 ３ 可 见，ｐＨ 为 ９．０～８．０ 时 加 入 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４ 的 产 品 纯 度 最 高，而 在 ｐＨ＝１２．０ 时 加 入 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４的 产 品 纯 度 最 低 。
关 键 词 ：白 云 石 ；氧 化 镁 ；草 酸 铵 ；碱 式 碳 酸 镁 ；氧 化 钙 中 图 分 类 号 ：ＴＱ１３２．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言 高纯氧化镁是指 ＭｇＯ 质量分数高于 ９８％的
轻 质 氧 化 镁 ，广 泛 应 用 于 表 面 涂 层 、造 纸 、冶 金 、陶 瓷和耐火材料等领域。生产高纯氧化镁的方法主 要 有 卤 水 － 石 灰 石 （白 云 石 ）法 、卤 水 － 氨 化 法 、卤 水 － 纯 碱 法、卤 水 － 碳 铵 法、白 云 石 － 碳 化 法［１ 等 ～７］ 。采 用 富 含 镁 源 的 矿 石 （例 如 白 云 石、 菱 镁 矿 、蛇 纹 石 等 ）生 产 氧 化 镁 产 品 因 其 工 艺 流 程 简 单 、成 本 低 廉 、易 于 工 业 化 生 产 而 具 有 广 阔 的 发 展空间。
目前，我国生 产 的 氧 化 镁 纯 度 绝 大 部 分 低 于 ９６％ ，无 法 满 足 高 质 量 耐 火 材 料 的 要 求 ，因 此 我 国 迫切需要解决高纯氧化镁的生产技术问题。用白 云石碳化法生产 高 纯 氧 化 镁，关 键 工 序 在 于 钙 镁 的彻底分离。 目 前，对 白 云 石 碳 化 体 系 的 改 进 方 法主 要 有 二 次 碳 化、加 压 碳 化、添 加 有 机 添 加 剂［８～ 。 １ １］ 二次碳化法是 将 碳 化 后 的 含 钙 重 镁 水 热解得到 含 钙 碳 酸 镁 后 进 行 第 二 次 碳 化 再 经 热 解、煅烧制备 出 纯 度 为 ９９．２％ 的 氧 化 镁，工 艺 流 程 变 长 ，能 耗 增 加 。 加 压 碳 化 时 增 加 碳 化 压 力 ，增 大碳化体系 中 ＣＯ２ 浓 度，使 更 多 的 镁 进 入 液 相，
（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４，分 析 纯；二 氧 化 碳，市 售；ＥＤ－ ＴＡ，分析纯。白云 石 来 自 内 蒙 古 旗 下 营，原 料 组 成 为：ＭｇＯ ２０．９６％，ＣａＯ ３０．６６％，Ｆｅ２ Ｏ３ ０．３０％ ，ＳｉＯ２０．８％ 。
＊ 收稿日期：２０１１－０８－１５ 基 金 项 目 ：中 国 科 学 院 “百 人 计 划 ”项 目 。 作 者 简 介 ：吴 成 友 （１９８６－），男 ，硕 士 研 究 生 ，无 机 非 金 属 材 料 专 业 。
本研究首先以 白 云 石 为 原 料，经 煅 烧、消 化、 碳化、热解、烘干制备出 ＣａＯ 质量分数小于０．１％ 的高 纯 碱 式 碳 酸 镁，然 后 煅 烧 制 备 出 ＭｇＯ 质 量 分数高于 ９９％ 的 高 纯 氧 化 镁。 主 要 研 究 了 白 云 石煅 烧 温 度、煅 白 的 消 化 条 件、镁 乳 液 碳 化 时 （ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４的加入及加入 时 的 最 佳 ｐＨ、碱 式 碳 酸镁煅烧温度等对产品氧化镁纯度和提取率的影 响。 １ 实 验 部 分 １．１ 试 剂 及 仪 器 １．１．１ 试 剂 及 原 料
摘要：以白云石为原料，经煅烧、消化、碳化、热解、烘干制备出 ＣａＯ 质 量 分 数 小 于 ０．１％ 的 碱 式 碳 酸 镁，煅 烧 后 制 备出 ＭｇＯ 质量分数高于９９％的高纯氧化镁。研究了白云石煅烧温度、消化条件、碳化终点 ｐＨ、碳 化 时（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４ 的加入及加入时的 ｐＨ 对消化效率、碳 化 效 率 以 及 产 品 纯 度 的 影 响。 确 定 了 最 佳 工 艺 条 件：白 云 石 最 佳 煅 烧 温 度 为 ９１０～９５０ ℃，煅烧时间为３０～６０ｍｉｎ；在５０～７０ ℃下按液固比４０～５０∶１消化；碳化至ｐＨ＝９．０～８．０时加入精镁乳 液质量的０．０２％～０．０５％的（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４，继续碳化至 ｐＨ＝６．５；碱式碳酸镁最佳煅烧温度为７００～８００ ℃。
·试验研究· ＩＭ＆Ｐ 化工矿物与加工 ２０１１年第１０期
文 章 编 号 ：１００８－７５２４（２０１１）１０－０００９－０５
白云石制备高纯氧化镁工艺研究＊
吴成友１，３，余红发１，２，李 颖１，３，王梅娟１，３，李成栋１，３，董金美１，武金永４
（１．中国科学院青海盐湖研究所，青海 西宁８１０００８；２．南京航空航天大学土木工程系， 江苏 南京２１００１６；３．中国科学院研究生院，北京１０００４９；４．内蒙古昶泰资源循环再 生利用科技开发有限责任公司，内蒙 呼和浩特０１００８０）
·试验研究· ＩＭ＆Ｐ 化工矿物与加工 ２０１１年第１０期
低，即产品纯度最高，但 提 取 率 只 有 ２０％，不 适 合 工业化生 产。 碳 化 至 ｐＨ＝６．５ 时，ＭｇＯ 的 提 取 率 可 达 ９５％ ，不 足 之 处 是 产 品 纯 度 不 够 高 。
表２ 碳化至不同 ｐＨ 时碱式碳酸镁的纯度 及碳化效率＊
碳化 ｐＨ ９．０ ８．５ ８．０ ７．５ ７．０ ６．５ ＣａＯ 的质量分数／％ ０．０４５０．１３５ ０．１８ ０．５０ ０．８０ １．２３ ＭｇＯ 的提取率／％ ２０ ３０ ４５ ６０ ８０ ９５
＊用重镁水中 ＭｇＯ 质量分 数 与 精 镁 乳 液 中 ＭｇＯ 质 量 分 数 的比值表示。
过 滤 后 经 热 解 、煅 烧 制 备 出 高 纯 氧 化 镁 ，但 加 压 碳 化对设备要求较高。添加有机添加剂法是在碳化 时加入有机添加剂 （主 要 是 有 机 胺），有 机 添 加 剂 与镁 络 合 后 进 入 液 相，提 高 重 镁 水 中 ＭｇＯ 的 质 量分 数，但 有 机 添 加 剂 价 格 昂 贵，增 加 了 生 产 成 本。