中國粉體網訊 白云石廣泛應用于耐火材料、煉鎂工業、化工工業、建筑材料、農業等領域。
受技術及經濟條件的限制，我國白云石多作為技術含量少，附加值低的初級產品應用于上述行業，且使用容量較小，對白云石礦的品位要求較高，不僅導致白云石礦經濟價值低，而且開采出的伴隨低品位白云石礦大量堆存會造成嚴重的礦產資源浪費。
因此，綜合利用白云石開發出高端產品及其技術成為當前研究者關注的焦點。例如利用白云石開發高附加值的鈣基和鎂基產品，碳酸鈣、氧化鎂、硫酸鎂晶須、氫氧化鎂等。
低鐵白云石
1、我國白云石資源特點
我國白云石資源蘊藏豐富，且分布廣泛，產地遍布各省。目前已探明可開采白云石礦資源儲量超過200億噸。其中儲量較大的地區有山西、寧夏、吉林、河南、遼寧、內蒙、河北等地。我國各地白云石礦石大多純度較高，其w（Ca0）＞30%，w（MgO）＞19%，m（Ca0）m（MgO）比值在1.40~1.68之間波動，雜質含量較低，難燒結。白云石礦產資源在我國常分布為裸露山地，開采難度低，且一般不需要選礦，有利于大規模開發利用。
需要指出的是，雖然白云石資源豐富、利用工藝較簡單且成熟，但制約白云石利用工藝的核心問題，高效的鈣鎂分離技術、分離成本、能耗和污染等，一直都是行業關注的重點。例如，目前我國90%以上的金屬鎂，均由以白云石為原料、硅鐵為還原劑的Pidgeon法生產，該工藝較高的生產成本以及廢棄物排放對環境的影響等問題日益凸顯。
Pidgeon法煉鎂工藝
2、白云石鈣鎂分離方法
目前白云石鈣鎂分離方法主要為酸溶法和焙燒法。
酸溶法主要為：鹽酸法和硫酸法。
鹽酸法白云石利用工藝
鹽酸直接分解法的優點在于操作簡單，鈣鎂均可完全溶解利用，且僅產生少量廢渣，資源利用率較高。然而，此方法的缺點在于酸用量較大，鈣鎂在溶液中以離子形式存在，分離困難。此外，鹽酸的使用會對設備造成嚴重腐蝕，且需要使用白云石煅粉增加工藝成本，可能導致環境污染，部分硫酸鈣會影響氯化鈣產品的質量。在除雜過程中也會產生少量廢渣，雖然產品質量合格，但仍需進一步提高。
在鹽酸法的基礎上，考慮到環境保護和成本效益，未來的研究可探索使用更溫和的酸性溶液，以降低設備腐蝕和環境影響。同時，降低酸用量，提高鈣鎂分離的選擇性和效率，推動該工藝的可持續發展。
硫酸法白云石利用工藝
硫酸分解法工藝簡單，成本低廉，且無高溫副產物，通過一次反應即可獲得粗硫酸鎂產品。然而，該工藝也存在一些不足之處。氯化鈣及熟石灰用量易影響鎂的產品質量和收率，且控制過程較復雜；盡管添加氧化鈣可實現鈣鎂分離，但也會導致少量鈣的溶解，從而影響氫氧化鎂產品的質量；此外，采用氧化鈣得到過程會損失部分鎂。
未來的研究可探索其他改 進方案，例如優化反應條件以降低氯化鈣和熟石灰的 用量，或采用新型助劑以提高鎂的分離效率。同時， 深入研究不同礦石品位對白云石分解過程的影響，有 助于制定更具針對性的工藝參數。引入新型分離劑 或助劑，可能有助于改善鈣鎂分離效果。
根據焙燒溫度不同，焙燒法可分為：完全焙燒法和分段煅燒法。
完全焙燒法分為：碳化法、相轉移法、鹵水法、銨浸法。
分段煅燒法：是利用碳酸鈣和碳酸鎂分解溫度的差異，通過控制煅燒溫度，使得碳酸鎂分解而碳酸鈣不分解。
碳化法白云石利用工藝
碳化法的優勢在于能夠回收煅燒過程中釋放的二氧化碳且工藝相對簡便。然而，碳化法需在高溫下進行，導致較高能耗和潛在環境污染。此外，碳化分離過程需在壓力容器中進行，反應難以精確控制，可能導致碳酸鎂與碳酸鈣的混合，影響產品純度與質量。
因此，未來研究可集中在優化反應條件上，例如通過調節溫度和壓力來精確控制反應速率。探索替代性原料和催化劑有望降低能耗并減少環境影響。
相轉移法白云石利用工藝
從白云石中分離鈣和鎂，高溫煅燒完全轉換為氧化鈣和氧化鎂，進行消化，再添加相轉移劑，氧化鈣和相轉移劑物質的量比為1∶1.5，固液比(白云石煅粉與蒸餾水的質量比)為1∶10，反應時間為40min，反應溫度為20℃，Ca2+和Mg2+的相轉移率分別為96.36%和2.43%，實現了鈣鎂初步分離。
針對相轉移劑的重復利用及鈣鎂分離中的差異性問題，在后續研究中應著重探索相轉移劑的優化設計及其在不同條件下的性能表現。同時，考慮到環境影響，開發低污染的高溫煅燒技術也至關重要。
鹵水法白云石利用工藝
鹵水法相對成熟，操作流程簡便，參數易于調控，同時能獲得較高品質的鎂和鈣產品。然而，鹵水法需要額外添加氯化鎂，導致成本提高，并且需要高溫煅燒，最終生成氯化鈣和氫氧化鎂。
盡管鹵水法在鎂鈣分離中展現出一定優勢，但高溫煅燒和氯化鎂的使用會對環境造成污染。因此，探索更為環保的替代工藝尤為重要。例如采用離子交換法，既能降低能耗，又能減輕對化學試劑的依賴，為未來的鎂鈣分離技術提供新的發展方向。
銨浸法白云石利用工藝
銨浸法在鈣鎂分離方面具有較高的浸出率，反應條件溫和且操作簡便。但生產過程需高溫煅燒，成本較高，易造成環境污染，并且在沉淀鎂過程中，少量鈣會影響產品質量。
因此，有必要對銨浸法進行改進，以降低生產成本并減少環境影響。例如，可研究低溫條件下的浸出反應，以降低能耗，同時使用更環保的沉淀劑替代氨。此外，優化銨鹽的選擇和配比，可進一步提高鈣鎂分離的效率，從而改善最終產品質量。
分段煅燒法：控制煅燒溫度，高效分離。
分段煅燒的原理是利用碳酸鈣和碳酸鎂分解溫度的差異，通過控制煅燒溫度，使得碳酸鎂分解而碳酸鈣不分解。
為了進一步提高分段煅燒法的效率，未來的研究可集中在優化煅燒氣氛和反應時間上。通過引入不同的氣氛，可能會影響碳酸鹽的分解路徑，從而提高分離效果。
針對白云石煅燒過程資源利用率低，能耗高等問題，現在行業內出現了一種將白云石造球后再煅燒的工藝。
使用硅泥作為還原劑通過硅熱法生產金屬鎂的研究
MgCO3在低溫階段分解，高溫階段CaCO3分解，球團中的CaCO3和MgCO3在煅燒后均分解為CaO和MgO，通過分段煅燒縮短高溫煅燒時間，有效降低煅燒能耗并且避免煅燒過程中因分解過快造成球團坍塌粉化。
結語
由上述可知，硫酸法和分段焙燒燒工藝具有較高的開發前景，開發適用性更廣，產品質量更高，對我國白云石的鈣鎂利用具有重要意義。焙燒法中，與完全焙燒法相比，分段煅燒法工藝較優，焙燒所需溫度較低，在焙燒過程中通過添加少量助劑可進一步擴大碳酸鈣和碳酸鎂分解溫度差。
參考來源：
李滿年:白云石中鈣鎂資源利用現狀及發展， 包鋼集團礦山研究院
趙瑞：白云石及其在耐火材料中的應用現狀和展望，中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
吳數吉:含鎂礦物提取金屬鎂工藝的研究進展，昆明理工大學
彭李佳:白云石可控碳化聯產氫氧化鎂和碳酸鈣及其改性，廣西大學
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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