李威 邵世威 邓晓珂
（1.河南省地质局地质灾害防治中心；
2.河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院）
白云石化学成分为CaMg（CO3）2，属三方晶系碳酸盐矿物，具有表面吸附作用、耐火度高、比表面积大、隔热和保温效果好等特性，是环保、化工、冶金、农业等领域的重要辅助原料［1-2］。在环保领域白云石可用于吸附废水及土壤环境中的Cd2+、Cu2+、Cr6+等重金属［3-7］，对CO2亦有较好的捕集效果［8-9］；
在化工业白云石是制备MgO、CaCO3、CaSO4（石膏）的重要原料［10-14］；
在农业上白云石可作为土壤酸度的中和剂［15］及制备肥料［16］，也可用于橡胶、造纸的填料［17-18］。白云石原矿中含有较多的CO2（47%左右），只有使白云石中的CO2受热分解，才能得到供耐火材料使用的原料［19］；
白云石煅烧过程的合理性对氧化镁的性质影响较大［20］。研究区内白云石矿为河南济源钢铁集团有限公司在济源当地的重要工业原料基地，本文通过调节白云石的煅烧温度、煅烧时间，测定白云石的灼减及活性，以确定煅烧白云石的适宜温度及时间，为该区白云石矿的开发利用提供合理的工艺参数。
试验原料取自济源市克井镇南樊西坡冶金用白云石矿山，其化学组成主要为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%。
（1）煅烧试验方法。煅烧试验样品粒度控制为25～30 mm，在试验室用马弗炉内进行，先将物料放入马弗炉内，按一定的升温制度升温至预设温度，保温一定时间后，马弗炉加热电源，取出样品，待样品冷却后装入自封袋，放置到干燥器内保存备用。煅烧试验样品质量控制在0.5～1.0 kg。
（2）活性度的测定。将煅烧完成的样品采用颚式破碎机磨碎至全部通过5 mm 分样筛，再采用1 mm分样筛筛去细粉，充分混匀后采用缩分法制备出样品备用。在3 000 mL 烧杯中加入2 000 mL 温度稍高于40 ℃的水，控制搅拌速度为285 r/min，待温度控制到40±1 ℃时，加入8～10滴浓度为5 g/L的酚酞指示剂，然后加入1～5 mm 煅烧后的白云石待测样品50 g并开始计时，待白云石消化，溶液颜色变红后，滴定加入4 mol/L 的盐酸溶液，整个过程保持溶液处于红色刚好消失的状态，记录10 min 时滴入的盐酸溶液毫升数。
（3）煅烧制度确定。试验采用Rigaku Thermo Plus TG 8120热重-差热分析仪对白云石进行TG-DTA分析，温度范围常温-1 200 ℃，升温速率10 ℃/min，分析结果见图1。
白云石的热分解特性决定了煅烧条件的选择和最终产品的质量［21］。由图1可见，在0～650 ℃时，物料有少量的失重，其失重主要为有机物的分解挥发以及部分黏土的失水；
在650～825 ℃时，物料失重45.12%，并伴随一个吸热峰，表明在该温度区间内发生了化学反应，主要反应式为
由TG-DTA 曲线可知，反应的开始温度在650 ℃左右，反应结束温度在820.3 ℃；
当反应结束后温度继续上升，物料质量恒定，未有明显的吸热或放热峰。根据差热分析确定白云石的煅烧分解温度为650～825 ℃，因此确定白云石的煅烧制度，见图2。
据TG-DTA 分析确定的白云石分解温度为650～825 ℃，由于煅烧的白云石采用粒径为25～31.5 mm 的块样，因此考察白云石煅烧温度的起始温度为950 ℃。
按图2 烧结制度，煅烧温度分别为950，1 000，1 050，1 100，1 150，1 200 ℃，设定保温时间为60 min，不同温度下白云石的灼减及活性度见表1，白云石煅烧温度与灼减及活性度的关系见图3。
由表1 和图3 可知，随着煅烧温度的升高，白云石的灼减升高；
当温度上升到1 000 ℃时，其灼减趋于稳定；
煅烧白云石的活性度随煅烧温度的升高先升高后降低，在1 150 ℃时达到最高点；
温度继续上升期活性度出现了一定程度的下降，说明在1 200 ℃时出现了过烧。
煅烧温度在1 100～1 150 ℃时，白云石的活性度均高于150 mL，煅烧产品活性度符合武钢《乌龙泉矿原料、燃料及产品技术标准》（武钢乌政发（2014）60号文件）对轻烧白云石质量要求中的特级品活性度≥150 mL 的指标。进一步考察在该温度下不同煅烧时间对活性度的影响，结果见表2、表3。
由表2和表3可知，在1 100～1 150 ℃时，煅烧时间的延长能提高白云石的活性度，最佳的煅烧温度及时间为1 100 ℃、90 min，该条件下灼减与活性度达到最大，灼减为47.36%，活性度达到225.6 mL。
对1 100 ℃下煅烧90 min 的白云石产品进行化学多项分析及X 射线衍射分析，结果见表4、图4，其物质组成见表5。
由表4 可知，在1 100 ℃煅烧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。
由图4、表5 可知，在1 100 ℃煅烧90 min 后白云石的物质组成为石灰石、方镁石，其含量分别为54.0%、41.0%，还有少量石灰石与空气中的水反应生产了氢氧化钙。
河南某白云石的煅烧适宜温度为1 100～1 150 ℃，煅烧产品活性度达到武钢《乌龙泉矿原料、燃料及产品技术标准》（武钢乌政发（2014）60 号文件）对轻烧白云石质量要求中特级品活性度≥150 mL 的指标要求，随着煅烧温度上升时间减少，适宜的时间为30～90 min。白云石在1 100 ℃煅烧90 min后灼减与活性度达到最大，其灼减为47.36%，活性度达到225.6 mL。煅烧后白云石的MgO 含量40.50%，CaO 含量55.68%，主要物质组成为石灰石、方镁石。
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