河南某白云石礦煅燒試驗研究

李威 邵世威 鄧曉珂

（1.河南省地質局地質災害防治中心；2.河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院）

白云石化學成分為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，是環保、化工、冶金、農業等領域的重要輔助原料［1-2］。在環保領域白云石可用于吸附廢水及土壤環境中的Cd2+、Cu2+、Cr6+等重金屬［3-7］，對CO2亦有較好的捕集效果［8-9］；在化工業白云石是制備MgO、CaCO3、CaSO4（石膏）的重要原料［10-14］；在農業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氧化鎂的性質影響較大［20］。研究區內白云石礦為河南濟源鋼鐵集團有限公司在濟源當地的重要工業原料基地，本文通過調節白云石的煅燒溫度、煅燒時間，測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間，為該區白云石礦的開發利用提供合理的工藝參數。

1 試驗原料

試驗原料取自濟源市克井鎮南樊西坡冶金用白云石礦山，其化學組成主要為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 試驗方法

（1）煅燒試驗方法。煅燒試驗樣品粒度控制為25～30 mm，在試驗室用馬弗爐內進行，先將物料放入馬弗爐內，按一定的升溫制度升溫至預設溫度，保溫一定時間后，馬弗爐加熱電源，取出樣品，待樣品冷卻后裝入自封袋，放置到干燥器內保存備用。煅燒試驗樣品質量控制在0.5～1.0 kg。

（2）活性度的測定。將煅燒完成的樣品采用顎式破碎機磨碎至全部通過5 mm 分樣篩，再采用1 mm分樣篩篩去細粉，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，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樣品50 g并開始計時，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，整個過程保持溶液處于紅色剛好消失的狀態，記錄10 min 時滴入的鹽酸溶液毫升數。

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

白云石的熱分解特性決定了煅燒條件的選擇和最終產品的質量［21］。由圖1可見，在0～650 ℃時，物料有少量的失重，其失重主要為有機物的分解揮發以及部分黏土的失水；在650～825 ℃時，物料失重45.12%，并伴隨一個吸熱峰，表明在該溫度區間內發生了化學反應，主要反應式為

由TG-DTA 曲線可知，反應的開始溫度在650 ℃左右，反應結束溫度在820.3 ℃；當反應結束后溫度繼續上升，物料質量恒定，未有明顯的吸熱或放熱峰。根據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 煅燒試驗研究

據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 燒結制度，煅燒溫度分別為950，1 000，1 050，1 100，1 150，1 200 ℃，設定保溫時間為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；當溫度上升到1 000 ℃時，其灼減趨于穩定；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 ℃時達到最高點；溫度繼續上升期活性度出現了一定程度的下降，說明在1 200 ℃時出現了過燒。

煅燒溫度在1 100～1 150 ℃時，白云石的活性度均高于150 mL，煅燒產品活性度符合武鋼《烏龍泉礦原料、燃料及產品技術標準》（武鋼烏政發（2014）60號文件）對輕燒白云石質量要求中的特級品活性度≥150 mL 的指標。進一步考察在該溫度下不同煅燒時間對活性度的影響，結果見表2、表3。

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

對1 100 ℃下煅燒90 min 的白云石產品進行化學多項分析及X 射線衍射分析，結果見表4、圖4，其物質組成見表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生產了氫氧化鈣。

4 結論

河南某白云石的煅燒適宜溫度為1 100～1 150 ℃，煅燒產品活性度達到武鋼《烏龍泉礦原料、燃料及產品技術標準》（武鋼烏政發（2014）60 號文件）對輕燒白云石質量要求中特級品活性度≥150 mL 的指標要求，隨著煅燒溫度上升時間減少，適宜的時間為30～90 min。白云石在1 100 ℃煅燒90 min后灼減與活性度達到最大，其灼減為47.36%，活性度達到225.6 mL。煅燒后白云石的MgO 含量40.50%，CaO 含量55.68%，主要物質組成為石灰石、方鎂石。