01. 前言概述
我國是世界上鎂砂生產(chǎn)大國,年產(chǎn)量己達到6×106噸。產(chǎn)品部分用于生產(chǎn)制備耐火材料外,大部分用于出口,出口量占國際市場貿(mào)易總額的60%。但我國的鎂砂生成卻存在礦石開采過度無序,生成技術(shù)及工藝落后等諸多問題,因此高品位的菱鎂礦越來越少,生產(chǎn)的鎂砂產(chǎn)品質(zhì)量也越來越差,不僅不能滿足我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展需要,而且在國際上也難以獲得高競爭力,利潤空間小。因此,近年來各高校、科研院所、企業(yè)越來越重視蚌埠高純鎂砂產(chǎn)品的研究。
蚌埠高純鎂砂是一種高純度、高熔點(2825℃)、結(jié)構(gòu)致密的鎂砂產(chǎn)品,有97、98兩個牌號。其中特優(yōu)級高純鎂砂在我國并沒有穩(wěn)定供應(yīng)的產(chǎn)品,在遼寧僅后英集團和岫巖萬成集團等幾家企業(yè)能生產(chǎn)供應(yīng)優(yōu)級高純鎂砂,其他均為高純普通砂。高純鎂砂在鋼鐵冶煉、玻璃、水泥、高溫化學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。
高純鎂砂的生產(chǎn)工藝主要有化學(xué)法和浮選煅燒法兩大類。以鹽湖鎂鹽及海水為原料,人工合成高純鎂砂是美國、日本和西歐等國的研究重點,目前己經(jīng)開發(fā)出高品質(zhì)的人工合成鎂砂。我國在這方面的研究相對滯后,研究較多的是堿法、石灰石法以及氨法等,但我國鹽湖鎂鹽的資源豐富,尤其是青海的柴達木盆地,有高達48.15億噸的鹽湖鎂鹽和31.43億噸的水鎂石儲量,因此發(fā)展?jié)摿薮?。遼寧等菱鎂礦豐富的地區(qū)則多采用浮選煅燒法,由于礦石質(zhì)量難以保證,生產(chǎn)的鎂砂無論是純度,還是體積密度都無法與化學(xué)法進行競爭。
02. 化學(xué)法
方法一:氯化銨浸出-煅燒法
以菱鎂礦為原料,采用化學(xué)選礦提純除雜方法制得的鎂砂氧化鎂含量達到99.21%。
(1)生產(chǎn)原理
以低品位菱鎂礦為原料,采用氯化鉸循環(huán)浸出-氨法沉鎂技術(shù)生成高純鎂砂,MgO含量≥99.97%,密度達3.41g/cm3。
(2)工藝流程
菱鎂礦→煅燒→NH4Cl浸出→浸出液→氨法沉鎂→Mg(OH)2→二步煅燒→高純鎂砂
方法二:氨法
(1)生產(chǎn)原理
將一定濃度的氯化鎂溶液精過濾后與氨水混合,方程式如下:
2NH3+2H2O+Mg2+→Mg(OH)2↓+2NH4+(5)
反應(yīng)結(jié)束后進行過濾,得到沉淀和濾液。過濾得到的Mg(OH)2沉淀經(jīng)煅燒或電熔得到最終產(chǎn)物鎂砂;過濾得到的濾液為一次母液,雖然其中的Mg2+含量較低低,但NH4+含量較多,故要進行回收。
(2)工藝特點
氨法工藝的優(yōu)點在于:一、工藝比較簡單;二、原料氨水價格低廉,且反應(yīng)的副產(chǎn)品氯化銨可以回收,成本低;三、反應(yīng)過程中不受SO42-,CO32-,HCO3-等雜質(zhì)的影響,凈化成本低,產(chǎn)品純度高。
氨法工藝的缺點在于:一、氫氧化鎂為膠狀沉淀,顆粒較細,濾餅含水量高,過濾困難使產(chǎn)品的純度難以得到保證;二、一方面反應(yīng)形成的NH3-NH4C1的緩沖體系使溶液的pH值長時間穩(wěn)定在9.0左右,Mg2+不易沉淀完全,另一方面反應(yīng)會消耗大量的原料氨水,因此氫氧化鎂產(chǎn)率難以得到提高,僅為80%左右。
(3)生產(chǎn)中應(yīng)注意的幾個問題
采用氨法制備高純鎂砂,首先要做好鹵水的前置處理工序,控制濃度在并采用脫碳水作為溶劑;其次要嚴格控制工藝因素,如反應(yīng)溫度(50-60℃)、反應(yīng)時間(pH大于12時氨化反應(yīng)達到平衡時間為15min)、鎂和氨物質(zhì)的量比(1:1.2)、以及反應(yīng)物料的濃度(30g/L左右)等;第三優(yōu)化煅燒工藝,因為無論是一步煅燒法還是二步煅燒法,燒結(jié)溫度都需達到1800℃,所以必須在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低燒結(jié)溫度,控制能耗,降低成本。
03. 浮選煅燒法
鍛燒菱鎂礦是我國目前生產(chǎn)鎂砂的最主要方法的方法。在“天然菱鎂礦制取優(yōu)質(zhì)高純鎂砂新工藝技術(shù)及高溫堅窯”課題的引領(lǐng)下,為解決大結(jié)晶菱鎂石難燒結(jié)等諸多難題,經(jīng)過數(shù)年的自主攻關(guān)試驗,終于開發(fā)了切實可行、符合我國國情、生產(chǎn)效果優(yōu)異的將菱鎂礦輕燒、磨細、壓球和再死燒的“二步煅燒”新工藝。
將該工藝與處理粉礦的浮選工藝相結(jié)合,并采用高溫油堅窯、懸浮焙燒爐、高壓壓球機、輥式磨等設(shè)備,生產(chǎn)的高純鎂砂MgO質(zhì)量分數(shù)在98%以上,體積密度達3.30g/cm3,結(jié)束了我國沒有高純鎂砂的歷史。隨著工業(yè)生產(chǎn)實踐的發(fā)展,浮選煅燒工藝也得到不斷優(yōu)化完善,生產(chǎn)出的高純鎂砂各項性能質(zhì)量指標均大幅提高,其中氧化鎂含量、體積密度為、CaO/SiO2比等關(guān)鍵指標均已達國際先進水平。