化工行业中白云石的深加工及应用
刘治国1，池顺都2
1.中国地质大学研究生院，湖北武汉 430074
2.中国地质大学资源学院，湖北武汉 430074
摘 要：比较全面地介绍了白云石在化工行业中的产品加工、相关应用及部分相应的生产工艺流程。
关键词：化工行业；白云石；产品加工；生产工艺流程
0 引 言
我国白云石资源分布广泛、蕴藏丰富、品质优、易开采。
随着科技的进步、社会的发展，目前，国内对白云石的开发利用越来越重视，其应用的领域也越来越广，主要包括化工行业、冶金行业、建材行业、农业以及其他行业。
下面就化工行业，具体谈谈白云石的产品开发及应用。
1 化工行业中白云石的深加工及应用
1.1 生产碳酸镁
碳酸镁是镁盐中的重要品种，其生产对白云石的化学成分(%)有如下要求：MgO>18，CaO>29，SiO2<4，对K2O、Na2O及酸不溶物含量无确定要求。
目前，生产的碳酸镁主要有以下三种：轻质碳酸镁、球状碳酸镁和透明碳酸镁。
下面分别介绍其生产及应用。
1.1.1 轻质碳酸镁的生产及应用
在轻质碳酸镁的工业生产中，因采用原料不同，主要有三种生产方法：白云石碳化法、卤水碳化法、硫酸铵转化法。
由于白云石矿分布广，储量大，成本低，生产易于控制，产品的质量较优，故目前国内普遍采用白云石碳化法生产轻质碳酸镁。
其生产过程就是将白云石矿(含MgO≥19%)破碎至50～80mm，与无烟煤一同加入至煅烧窑内，在约1000℃煅烧，窑气中CO2含量控制在35%～40%，煅烧后获取的熟料送入消化池用废镁水消化成一定质量分数的灰乳液，灰乳液经分离除渣后送入碳化塔，与来自煅烧窑经洗净加压后的窑气中的CO2起碳化反应，碳化合格后的碳化浆液经分离过滤得滤渣(含镁碳酸钙、烘干后可作副产品出售)和清滤液即重镁水清液。
将重镁水清液再送入热解塔，用蒸汽直接加热至95～103℃，使之受热分解成碱式碳酸镁沉淀，该沉淀经分离脱水后在160～230℃烘干，再经粉碎分级可得轻质碳
酸镁产品。
工艺流程见图1。
该产品是基本无机化工原料，主要用于制造镁盐、氧化镁、单质镁、防火材料、印刷油墨、陶瓷、日用化工、橡胶制品的填充剂和补强剂，还可用于造船、锅炉、炼钢、玻璃、颜料、医药等行业。
1.1.2 球状碳酸镁的生产及应用
球状碳酸镁又称轻质球状碳酸镁，主要以可溶性镁盐和碳酸盐为原料进行制备，由于原料价格高，其生产成本相对较高。
针对我国具有丰富白云石资源，以白云石为原料生产球状碳酸镁切实可行。
其工艺流程大体是：将白云石在950～1050℃下煅烧，得到白云石灰，白云石灰用80～90℃水消化，得灰乳。
灰乳过筛后配成一定质量分数的白云石灰乳液送入碳化塔，在塔内通入一定质量分数的二氧化碳，并加入一定量添加剂进行碳化，碳化液经过滤，滤饼经洗涤、干燥、粉碎、过筛后得轻质碳酸镁滤液，俗称重镁水，主要含Mg(HCO3)2，在约100℃下热解，热解后的料液经过滤、干燥、粉碎得球状碳酸镁。
它具有良好的填充性、分散性和流动性，能提高橡胶的抗拉强度和耐磨性，是橡胶、塑料等制品的优良填充剂和补强剂，还可用作油漆、涂料、牙膏、化妆品和医药等工业的填充剂。
图1 白云石碳化法生产轻质碳酸镁的工艺流程
1.1.3 透明碳酸镁的生产及应用
透明碳酸镁又称轻质透明碳酸镁，主要特点是颗粒细小且粒径均匀，属于精细无机化工产品，除用于油漆、涂料、油墨作添加剂和牙膏、医药、化妆品等外，主要用作透明或浅色橡胶制品的填充补强剂。
其生产工艺是：将白云石在950～1050℃下煅烧，制得活性较高的白云石灰，再在带有内循环装置的快速消化槽内消化，并经两级旋液分离器处理，继而通过120目筛即可制得质量好的白云石灰乳液。
将上述乳液在碳化塔中同含CO2 32%～35%的窑气进行多级碳化反应，由于该乳液中同时含有大量的Ca(OH)2和Mg(OH)2，于是使溶解在液相中的CO2在pH≥12条件下形成CO32-，并同液相中的Ca2+结合生成不溶性的CaCO3从液相析出。
除去钙后，乳液的pH值迅速下降至9.5左右，此时液相中的CO2则以HCO3-形式存在，它同溶液中的Mg2+结合生成可溶性的Mg(HCO3)2，从而达到有效分离钙、镁的目的。
分离出的CaCO3可加工为超细轻质CaCO3产品，将所得重镁水溶液经管式分解器连续进行热分解，并经水热处理而制得透明碳酸镁。
其生产工艺流程如图2所示。
图2 白云石制备轻质透明碳酸镁的工艺流程
1.2 生产氧化镁
氧化镁作为填充剂，在工业上广泛应用于橡胶、搪瓷、电线电缆等行业。
此外，氧化镁也是不可缺少的耐火材料。
目前，国内从白云石中提取氧化镁，除了通过图1的生产流程外，新工艺还有白云石循环法，该工艺流程是将白云石煅烧成白云石灰，再加水消化成灰乳，在灰乳中加入含钙及添加剂的溶液，通入窑气CO2，形成CaCO3沉淀。
固液分离后，滤液为含镁及添加剂的溶液，经二次转化与灰乳作用制备氢氧化镁沉淀，进而制得工业氧化镁。
灰乳中的钙溶于水，形成含钙及添加剂的溶液，供作循环使用。
另外，以白云石为主要原料制备特种硅钢级氧化镁的生产工艺及方法也得到了发展，其试验原理如下：白云石同无烟煤按一定的比例混合后，在高温电阻炉内煅烧生成白云石灰，将后者用水消化制成白云石乳液，过滤去残渣，所得溶液经净化处理后，通入CO2气体分步碳酸化，使其中的Ca(OH)2转变为不溶性的CaCO3沉淀，过滤去沉淀，所得溶液为含Mg(HCO3)2的重镁水，经加热反应，使之转化为碱
式碳酸镁沉淀，经陈化、洗涤、离心脱水、干燥后在950～980℃下煅烧为氧化镁。
在隔绝空气条件下将氧化镁冷却至室温，粉碎后进行热处理，然后经粉碎，筛分而制得适合于特种硅钢片制备所需的氧化镁。
其工艺流程如图3所示。
图3 白云石制备特种硅钢级氧化镁的工艺流程
1.3 生产氢氧化镁
氢氧化镁，除了通过上面生产碳酸镁、氧化镁的中间过程得到外，还可以用白云石氨化法或酸法分解白云石制得。
其中，前一种方法的具体做法是：将白云石经立窑或悬浮窑煅烧制取白云灰，经消化、除渣制取精浆液，加水配制一定质量分数的白云灰乳，在碳化塔内同合成氨系统来的变换气(或合成氨系统脱碳工序CO2气)进行碳酸化反应，生成溶解态的碳酸氢镁和沉淀状的碳酸钙，达到钙镁分离。
经压滤，滤饼为含镁碳酸钙，送去干燥、分级、包装制取超细含镁碳酸钙产品；滤液送去同氨水进行氨化反应，生成氢氧化镁和碳酸氢铵，经水热处理，氢氧化镁结晶长大便于过滤分离，碳酸氢铵分解成氨、二氧化碳及水；气氨和CO2去吸氨生成碳化氨水，送氨化工序循环使用，氨量不足时在吸氨工序补充液氨或氨厂中氨水。
后一种方法是：将白云石煅烧为氧化钙和氧化镁，加水制成浆后，用盐酸将氢氧化钙溶解，制得富钙液生产氯化钙；滤液用盐酸或硫酸将镁浸出得富镁液，用石灰乳或氨水沉淀出氢氧化镁。
1.4 生产硫酸镁
硫酸镁晶体(MgSO4·7H2O)又称泻利盐，应用于医药、农业、水泥、印染、食品等方面。
目前，硫酸镁工业在世界上发展较为迅速，主要通过苦土提取或海水滩田日晒生产，也有采用白云石作为原料，通过硫酸法制备MgSO4·7H2O晶体的报道。
其工艺流程如图4所示。
图4 硫酸法生产MgSO4·7H2O的工艺流程
利用白云石制取硫酸镁，其方法是将30%左右的硫酸和白云石按一定比例混合，使其反应，然后按其溶解度在各种温度下的不同特点，将硫酸镁和硫酸钙分离浓缩，在温度升高的条件下进一步使硫酸钙等沉淀出来，硫酸镁溶液冷却结晶得硫酸镁(MgSO4·7H2O)的晶体，同时得到副产品CaSO4·H2O。
成品质量可达99.78%。
1.5 生产白云石粉
白云石经过选择、破碎、磨细到325目就成为白云石粉。
白云石粉填加在天然橡胶和合成橡胶中，其橡胶性能与填加轻钙粉的性能基本相同。
它在橡胶中不起补强作用，只能做橡胶的填充剂，但造价却低于轻钙粉。
利用白云石生产橡胶通用型钙镁粉，作为一种新型填加剂和着色剂，可以部分或全部替代轻钙粉和立德粉。
经表面改性的白云石粉，能使橡胶制品的补强性能大大增加。
改性白云石粉是用表面改性剂对白云石粉进行表面涂覆，然后再作填料。
常用的表面改性剂有硬脂酸或硬脂酸脂，改性目的是改变白云石粉表面碱性，克服填料与橡胶之间的结合性能，减少收缩和内应力，防止裂纹扩散，提高制品强度的加工性能。
2 结束语
从以上来看，白云石在化工行业可以进行多项产品开发与应用。
同时，这种矿产资源不但分布广泛、蕴藏丰富、容易开采，并且大多数工艺流程都比较简单，适合乡镇企业开发，是脱贫致富的好契机。