化工学报 ›› 2022, Vol. 73 ›› Issue (8): 3679-3687.DOI: 10.11949/0438-1157.20220143
李亚芾1(), 付亮亮1,2(), 白浩隆1, 白丁荣1(), 许光文1
收稿日期:
2022-01-25
修回日期:
2022-07-14
出版日期:
2022-08-05
发布日期:
2022-09-06
通讯作者:
付亮亮,白丁荣
作者简介:
李亚芾(1997—),女,硕士研究生,18021066785@163.com
基金资助:
Yafu LI1(), Liangliang FU1,2(), Haolong BAI1, Dingrong BAI1(), Guangwen XU1
Received:
2022-01-25
Revised:
2022-07-14
Online:
2022-08-05
Published:
2022-09-06
Contact:
Liangliang FU, Dingrong BAI
摘要:
为了有效利用菱镁矿浮选尾矿废弃物,提出以其为原料,在不添加任何物质、不经过高压压制成型的条件下直接烧制同时制备优质镁橄榄石和烧结镁砂的技术路线,并在高温管式炉中对其可行性进行了实验研究。通过对不同反应温度和时间条件下制备的样品进行XRD和SEM-EDS表征和分析,确认新技术路线不仅可行,并且还具有反应速度快、产品质量优等优势。当反应温度为1400℃及以上时,原料中的SiO2在数分钟之内全部转化,产物镁橄榄石和烧结镁砂晶体发育良好。研究结果对进一步开发菱镁矿浮选尾矿废弃物高效利用新技术提供有力支持。
中图分类号:
李亚芾, 付亮亮, 白浩隆, 白丁荣, 许光文. 菱镁矿浮选尾矿直接合成同时制备镁橄榄石和镁砂研究[J]. 化工学报, 2022, 73(8): 3679-3687.
Yafu LI, Liangliang FU, Haolong BAI, Dingrong BAI, Guangwen XU. The simultaneous synthesis of high-quality forsterite and sintered magnesia from magnesite flotation tailings[J]. CIESC Journal, 2022, 73(8): 3679-3687.
研究者 | 原料 | 试样样品形状或尺寸 | 反应温度和时间 | 主要结果 |
---|---|---|---|---|
陈勇等[ | 电熔镁砂细粉和二氧化硅微粉 | Φ 40 mm×25 mm | 1350/1400/1450/1500/1550/1600℃, 5 h | 在最佳MgO和SiO2配比下,仍有少量 SiO2未完全转化;过量MgO阻碍了烧结的进行 |
Ando等[ | 高纯硅粉和电熔镁砂 | Φ 12 mm×6 mm | 1400℃,2 h | 未完全转化的SiO2影响了产物作为超高频电介质的性能 |
丁达飞等[ | 菱镁矿尾矿、硅石粉、硅灰、滑石及高纯镁砂 | Φ 40 mm×130 mm | 1580℃, 5 h | 理论配比条件下仍有3%~10%的MgO未转化成镁橄榄石 |
陈少一等[ | 氢氧化镁和二氧化硅 | Φ 40 mm×50 mm | 1400/1500/1600/1700℃, 3 h | 1500℃及以下超过30%的SiO2未转化成镁橄榄石 |
孟庆新等[ | 菱镁矿细粉和天然硅石粉 | 圆柱试样 (文中未提及具体尺寸) | 1300/1400/1500/1600℃, 3 h | 温度低于1400℃时,物相组成中含有未转化的SiO2 |
Ren等[ | 菱镁矿尾矿与硅废料 | Φ 50×50 mm | 1300/1400/1500/1600℃, 3 h | 硅石对反应过程和产品质量具有较大影响 |
Liu等[ | SiO2和Mg(OH)2材料 | Φ 50×50 mm Φ 25×50 mm | 1500℃,3 h后,再1500/1600/1700℃, 3 h | 在第一段烧结过程中,会生成顽火辉石相,并非全部转化成为镁橄榄石 |
Kullatham等[ | 泰国滑石和菱镁矿 | Φ 15 mm×20 mm | 900/1000/1100/1200/1300℃,1 h | 24 h球磨和5 h活化原料,烧结产物相对密度最高84.59% |
Tan等[ | MgO粉末和 Mg3Si4O10(OH)2粉末 | 圆形球坯 (文中未提及具体尺寸) | 1200~1500℃,2 h | 在1200℃反应2 h,再在1200~1500℃烧结2 h后,才生成产品 |
表1 国内外有关人工合成镁橄榄石的基础研究
Table 1 Summary of literature research on forsterite synthesis
研究者 | 原料 | 试样样品形状或尺寸 | 反应温度和时间 | 主要结果 |
---|---|---|---|---|
陈勇等[ | 电熔镁砂细粉和二氧化硅微粉 | Φ 40 mm×25 mm | 1350/1400/1450/1500/1550/1600℃, 5 h | 在最佳MgO和SiO2配比下,仍有少量 SiO2未完全转化;过量MgO阻碍了烧结的进行 |
Ando等[ | 高纯硅粉和电熔镁砂 | Φ 12 mm×6 mm | 1400℃,2 h | 未完全转化的SiO2影响了产物作为超高频电介质的性能 |
丁达飞等[ | 菱镁矿尾矿、硅石粉、硅灰、滑石及高纯镁砂 | Φ 40 mm×130 mm | 1580℃, 5 h | 理论配比条件下仍有3%~10%的MgO未转化成镁橄榄石 |
陈少一等[ | 氢氧化镁和二氧化硅 | Φ 40 mm×50 mm | 1400/1500/1600/1700℃, 3 h | 1500℃及以下超过30%的SiO2未转化成镁橄榄石 |
孟庆新等[ | 菱镁矿细粉和天然硅石粉 | 圆柱试样 (文中未提及具体尺寸) | 1300/1400/1500/1600℃, 3 h | 温度低于1400℃时,物相组成中含有未转化的SiO2 |
Ren等[ | 菱镁矿尾矿与硅废料 | Φ 50×50 mm | 1300/1400/1500/1600℃, 3 h | 硅石对反应过程和产品质量具有较大影响 |
Liu等[ | SiO2和Mg(OH)2材料 | Φ 50×50 mm Φ 25×50 mm | 1500℃,3 h后,再1500/1600/1700℃, 3 h | 在第一段烧结过程中,会生成顽火辉石相,并非全部转化成为镁橄榄石 |
Kullatham等[ | 泰国滑石和菱镁矿 | Φ 15 mm×20 mm | 900/1000/1100/1200/1300℃,1 h | 24 h球磨和5 h活化原料,烧结产物相对密度最高84.59% |
Tan等[ | MgO粉末和 Mg3Si4O10(OH)2粉末 | 圆形球坯 (文中未提及具体尺寸) | 1200~1500℃,2 h | 在1200℃反应2 h,再在1200~1500℃烧结2 h后,才生成产品 |
项目 | MgCO3 | MgO | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
原料A | %(mol) | 68.12 | — | 29.63 | 1.19 | 0.46 | 0.60 |
%(mass) | 74.09 | — | 22.96 | 1.56 | 0.96 | 0.43 | |
原料B | %(mol) | — | 74.34 | 23.01 | 1.29 | 0.25 | 1.11 |
%(mass) | — | 64.96 | 29.97 | 2.86 | 0.86 | 1.35 |
表2 原料A和B的物质组成
Table 2 Material compositions of samples A and B
项目 | MgCO3 | MgO | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
原料A | %(mol) | 68.12 | — | 29.63 | 1.19 | 0.46 | 0.60 |
%(mass) | 74.09 | — | 22.96 | 1.56 | 0.96 | 0.43 | |
原料B | %(mol) | — | 74.34 | 23.01 | 1.29 | 0.25 | 1.11 |
%(mass) | — | 64.96 | 29.97 | 2.86 | 0.86 | 1.35 |
图6 原料A在1500℃反应120 min前(a)、后(b)Mg和Si元素的分布对比
Fig.6 Comparison of Mg and Si element distributions in the raw materials (a) and sample produced at 1500℃ and 120 min (b)
图8 反应温度对制得样品中MgO和Mg2SiO4晶粒尺寸的影响(反应时间10 min)
Fig.8 Influence of the reaction temperature on the grain sizes of MgO and Mg2SiO4 at a constant reaction time of 10 min
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