01. 前言概述

我國是世界上鎂砂生產(chǎn)大國，年產(chǎn)量己達(dá)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)越來越重視張家口高純鎂砂產(chǎn)品的研究。

張家口高純鎂砂是一種高純度、高熔點(diǎn)(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(tuán)和岫巖萬成集團(tuán)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(diǎn)，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(dá)木盆地，有高達(dá)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(jìn)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(dá)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(dá)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(jìn)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(jìn)行回收。

(2)工藝特點(diǎn)

氨法工藝的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)在于：一、氫氧化鎂為膠狀沉淀，顆粒較細(xì)，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(yán)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(dá)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?yàn)闊o論是一步煅燒法還是二步煅燒法，燒結(jié)溫度都需達(dá)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(jiān)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(yàn)，終于開發(fā)了切實(shí)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(xì)、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(jiān)窯、懸浮焙燒爐、高壓壓球機(jī)、輥式磨等設(shè)備，生產(chǎn)的高純鎂砂MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在98%以上，體積密度達(dá)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(shí)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(xiàng)性能質(zhì)量指標(biāo)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(biāo)均已達(dá)國際先進(jìn)水平。