绿色化利用低品位菱镁矿的实验研究.doc

1、 绿色化利用低品位菱镁矿的实验研究 Experimental Study of Ecological Utilization of low-grade Magnesite i 毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目： 绿色化利用低品位菱镁矿的实验研究 设计（论文）的基本内容： 以低品位菱镁矿为原料制备 MgCO33H2O 和 CaCO3，利用 X 射线衍射、红外光谱和扫描电子显微镜等现代检测手段对产物的成分进行表征，并 将MgCO33H2O 用于处理 含 Cu( )重金属废水。 研究 煅烧 温度、时间对 煅烧产物的影响 及反应温度、时间、 NH4Cl 加入量和液固比 对 镁 溶解的影响，

2、确定最佳工艺条件。 研究 MgCO33H2O 的加入量对 Cu( )沉淀率的影响。 毕业设计（论文）专题部分： 题目： 绿色化利用低品位菱镁矿的实验研究 设计或论文专题的基本内容： 研究 煅烧 温度、时间对 煅烧产物的影响 及反应温度、时间、 NH4Cl 加入量和液固比 对 镁 溶解的影响，确定 制备 MgCO33H2O 和 CaCO3 的 最佳工艺条件。 利用 X 射线衍射、红外光谱和扫描 电子显微镜等现代检测手段对产物的成分进行表征 。 研究 MgCO33H2O 的加入量对 Cu( )沉淀率的影响。 学生接受毕业设计（论文）题目日期 第 周 指导教师签字： 2010 年 月 日 ii 摘

3、要 随着菱镁矿的不断开采，高品位矿储量越来越少，同时 产生了大量低品位菱镁矿等废弃物，如不加以利用，不仅浪费资源，而且污染环境， 因此低品位菱镁矿的利用已势在必行。 本课题以低品位菱镁矿为原料，研究 MgCO33H2O和 CaCO3的制备方法 ，并以MgCO33H2O为沉淀剂， 通过化学反应方法处理含 Cu( )重金属废水，目的在于 探索低品位菱镁矿及菱镁矿废弃矿综合利用的新途径；研究一种生产低成本 CaCO3和MgCO33H2O的新方法。 研究表明，采用 1% 的 MgCl2 作为添加剂，与 低品位 菱镁矿在 650 混合 煅烧 2h，MgCO3 的分解 率为 100%， CaCO3 的分解

4、 率为 4.03%，煅烧产物为 CaCO3 和 MgO， 达到钙和镁分离的效果 。 通过单因素实验确定了由煅烧产物浸出镁的最佳工艺条件为：反应温度为 80，反应时间为 60min， NH4Cl 加入量为 1.3 倍，液固比为 8， 采用二次浸出的方法 ； 此时镁溶出率为 92%， 浸出 残渣的主要成分为 CaCO3，纯度为 89.9%。 用含 MgCl2 滤液与 (NH4)2CO3 反应制备 MgCO33H2O， 当反应温度为 37，(NH4)2CO3 加入量为 1.5 倍，陈化时间为 2h 时， MgCO33H2O 的产率为 55.66%，纯度为96.5%。 (NH4)2CO3 加入量对 M

5、gCO33H2O 产率的影响大。 在反应温度为 常温 ，反应 时间为 30min， MgCO33H2O 加入量为 1 倍的条件下， 利用 MgCO33H2O 处理含 Cu ( )重金属废水时 , Cu( ) 的沉淀率为 100%， 且MgCO33H2O 加入量对 Cu( )沉淀率的影响不大。 通过研究， 开发出了一种生产低成本 MgCO33H2O和 CaCO3的新方法， 该方法的确立 为低品位菱镁矿的综合利用探索出了一条新的途径。 关键词： 低品位菱镁矿， 浸出 ，三水合碳酸镁，产率，重金属废水iii Abstract With the continued mining of magnesit

6、e, the reserve of high-grade magnesite become fewer and fewer, and a large number of wastes such as low-grade magnesite produced. This will cause not only the wasting of resources, but also a serious environmental problems. Therefore, the comprehensive utilization of low-grade magnesite has been a p

7、roblem to be solved urgently. In this study, with low-grade magnesite as raw material, the preparation of MgCO33H2O and CaCO3, as well as the chemical treatment of copper-bearing heavy metal wastewater by using MgCO33H2O as precipitant was investigated, which aimed to explore the new ways of utilizi

8、ng low-grade magnesite and a new method to produce low-cost MgCO33H2O and CaCO3. The results show that with MgCl2 as additive, the low-grade magnesite was calcined. The process conditions are: 650 for 2 h, and the addition of MgCl2 is 1%. Under these conditions, the decomposition rate of MgCO3 is 10

9、0%, while the decomposition rate of CaCO3 is 4.03%, the calcined products are mainly composed of CaCO3 and MgO, which has reach the effect of separating calcium and magnesium. The influences of process conditions on the dissolution rate of magnesium were investigated through single-factor experiment

10、. The results showed that the optimal process conditions are: 80 for 60 min, the addition of NH4Cl is 1.3 times, and the ratio of liquid to solid is 8 through two-step leaching, then the dissolution rate of magnesium is 92%, leaching residues are mainly composed of CaCO3 with the purity is 89.9%. Pr

11、ecipitation of MgCO33H2O by the reaction of (NH4)2CO3 with filtered solution which contains MgCl2 was investigated, and the results showed that when reaction temperature is 37 , the addition of (NH4)2CO3 is 1.5 times, and aging time is 2h, the yield of MgCO33H2O is 55.66% with the purity is 96.5%, a

12、nd the addition of (NH4)2CO3 is an important factor effect the yield of MgCO33H2O. The chemical treatment of copper-bearing heavy metal wastewater by using MgCO33H2O as precipitant was investigated, when reaction temperature is room temperature, reaction time is 30 minutes, the addition of MgCO33H2O

13、 is 1 time, then the precipitation rate of Cu ( ) obtained is 100 %, and in which the addition of MgCO33H2O has little effect on the precipitation rate of Cu ( ). A novel method to produce low-cost MgCO33H2O and CaCO3 were developed by this study. The method was established as the comprehensive util

14、ization of low grade magnesite iv explore a new way. Key words: low-grade magnesite, leaching, trihydrate magnesium carbonate, yield, heavy metal wastewater - 1 - 目 录 毕业设计（论文）任务书 . i 摘 要 . ii Abstract . iii 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 菱镁矿资源的低品位化 . 1 1.2 镁化合物生产的研究现状 . 2 1.2.1 氧化镁的分类 . 2 1.2.2 国外氧化镁的生产方法 . 3 1.

15、2.3 国内氧化镁生产方法 . 4 1.3 本研究的目的及意义 . 9 1.4 本研究的主要内容及其优点 . 10 1.4.1 本研究的主要内容 . 10 1.4.2 本研究工艺的优点 . 10 第 2 章 实验 原理与方法 . 12 2.1 实验原理 . 12 2.1.1 低品位菱镁矿的煅烧 . 12 2.1.2 煅烧产物中镁的溶出 . 14 2.1.3 镁的沉淀 . 14 2.1.4 利用产物三水合碳酸镁处理含铜废水 . 14 2.2 实验工艺流程 . 14 2.3 实验方案 . 15 2.3.1 实验原料 . 15 2.3.2 实验试剂及仪器 . 16 2.3.3 本实验所用的常规检测手

16、段 . 16 2.4 实验方法 . 17 - 2 - 2.4.1 低品位菱镁矿的煅烧 . 17 2.4.2 煅烧产物中镁的溶出 . 17 2.4.3 镁 的沉淀 . 17 2.4.4 三水合碳酸镁处理含铜废水 . 17 第 3 章 三水合碳酸镁的制备 . 19 3.1 低品位菱镁矿煅烧方式的选择 . 19 3.1.1 低品位菱镁矿的直接煅烧 . 19 3.1.2 低品位菱镁矿与氯化铵混合焙烧 . 21 3.1.3 低品位菱镁矿与添加剂混合煅烧 . 23 3.2 镁溶出的单因素实验 . 25 3.2.1 反应温度的影响 . 25 3.2.2 NH4Cl 加入量的影响 . 26 3.2.3 反应时

17、间的影响 . 27 3.2.4 液固比的影响 . 28 3.3 镁的沉淀反应 . 30 3.3.1 MgCO33H2O 的表征 . 31 3.3.2 讨论 . 34 第 4 章 三水合碳酸镁的应用实例 处理含铜废水 . 38 第 5 章 结论 . 38 参考文献 . 39 结束语 . 错误 !未定义书签。 攻读学位期间参与的研究项目和研究成果 .43 附录 . 43 - 1 - 第 1 章 绪 论 随着经济的持续发展和社会的不断进步，人类对各种矿产资源的需求量越来越大，矿产资源进入快速消耗时期，优质矿产资源随之急剧减少乃至趋于枯竭，矿产资源的供需矛盾日益突出。由于矿产资源属不可再生资源，因此对

18、于低等级、低品位矿产资源的开发利用就显得迫在眉睫。另一方面，选矿、冶金、加工技术的不断进步使得以前认为没有利用价值的贫矿，或由于技术原因以前无法开采利用的复合矿，逐渐 被开采利用。作为我国优势矿种之一的菱镁矿，目前已探明储量 30 亿吨，占世界储量的三分之一，居世界首位， 对它的利用已成为人们关注的焦点。研究 菱镁矿 的综合利用问题具有重要的经济和社会效益，对于 矿 业可持续发展具有十分重要的现实意义。 1.1 菱镁矿资源的低品位化 我国菱镁矿资源丰富，质量优良， 含 MgO 43%以上的一、二级品占总储量的 53%，其中一级品 和 特级品菱镁矿储量 11.7 亿吨，占总储量的 37.6%；二

19、级品储量 4.8 亿吨，占总储量的 15.4%，而国际上最需要的 MgO 含量大于 47%的特级品菱镁矿储量非常少，其目前的 开采量已不能满足市场的需求。 近年来，我国菱镁矿资源的利用一直处于“一等原料，二等加工，三等产品”的境地 1，特别是海城地区大部矿山采用传统采矿方式采富弃贫，低品位菱镁矿被废弃并占地堆放，因此产生了资源浪费和环境污染问题。 菱镁矿的开采和利用中存在的一个突出问题是资源的浪费严重。由于经济原因以及缺乏合适的选矿加工技术，很多矿山只采富矿，而丢弃所谓的贫矿，实际上所谓的贫矿中 MgO 的品位也在 40%以上，而国外的菱镁矿，连 MgO 品位不到 30%的矿石都在开采利用。我

20、国有些矿山的采出率不 足 50%，甚至更低，造成资源 的极大浪费。据实地考察了解，含 MgO 47%以上的菱镁矿石的价格 130 元 /吨，而 含 MgO 44 46%的菱镁矿石仅 20 30 元 /吨，而这部分矿石占总储量的 70%以上。 由于海城、大石桥地区大部分储量都是三级或是级外品，所以矿山企业就采取采富弃贫，低品位菱镁矿被丢弃，直接堆入山沟，或占地堆放，形成白色污染，严重影响当地环境 ，给生产和人民生活带来很大损 害。 菱镁矿产业普遍存在的环境问题主要有：矿山环境污染、地质灾害、生产性粉尘、窑炉烟尘、有害气体、振动及噪声、废水、固体废弃物等方面。近年来，菱镁矿开 采 、加工 技术 飞

21、 速发展，污染控制 与 环境保护工作取得了很大成绩，但与先进工业化国家相比，还 存在 许多问题 ： 矿山 开 采 过程中产生的尾- 2 - 矿、 废渣、碎石随意堆弃 ， 造成矿山附近 植被 破坏 和 河道堵塞，破坏了矿区生态环境和居民的生存环境 1； 粉尘、烟尘落到田野形成硬壳，使土壤板结，导致庄稼和果树大幅度减产 ； 采矿诱发的地面裂缝、地面塌陷、泥石流，造成的地表水漏失、水质变差等，也给周围村民的生产和生活带来诸多不便。同时，矿 物 加工 过程中， 由于燃料结构不合理， 如 高硫煤炭 的 过度使用造成 大气 污染物超标排放，加上有些企业的环保设施不适应新的污染物排放标准， 使窑炉烟囱污染仍

22、比较严重；由于大多数企业存在着 生产 设备落后、工艺老化的问题，机械化、自动化水平低，环保设施陈旧，粉尘、噪声、有害气体污染突出 。 传统利用 菱镁矿 的方式 既是对资源的一种极大浪费，也是造成企业经济效益低下的原因，因此有必要加大科技力量的投入，发展技术含量高的产品。 目前国际市场呈现对初级材料的需求逐渐减少，对高档产品的需求不断增加的趋势。因此，依靠科技进步，调整和优化产品结构，提高资源利用水平，提高镁质耐火材料的加工深度，开发生产高档镁制品是镁质材料的发展方向，而生产高档镁质材料的基础是高质量、高纯 度的菱镁矿。因此，研究菱镁矿的加工技术是关键问题。 菱镁矿资源是不可再生的，弃贫采优的

23、传统 开采方法使优质资源越采越少 ， 因此我国的菱镁矿资源的前景不容乐观。据估计，按现在的开采方式和开采速度，再过 30 年，辽宁的大部分菱镁矿区的优质矿石资源将枯竭。因此，必须重新认识和高度重视资源保护问题。通过矿物加工技术，提高低品位菱镁矿中 MgO 的含量，降低杂质含量，充分合理地利用现有的菱镁矿资源，是提高资源利用率，保持可持续发展，造福子孙的重大课题，其重要性和紧迫性不言而喻 2。 1.2 镁化合物生产的研究现状 镁化合物主要 包括氧化镁、氢氧化镁、 碳酸镁和碱式碳酸镁等，其中 氧化镁因 其 产量大，应用面广，品种规格多，生产方法多样 （可由氢氧化镁、 碳酸镁和碱式碳酸镁煅烧分解制得 ） ，并且 系 生产其他高纯镁化合物的原料 而位居 镁化合物的核心 地位 。 由于氢氧化镁、 碳酸镁和碱式碳酸镁均为 目前氧化镁生产过程的中间产物，故本节重点叙述氧化镁生产的方法。 1.2.1 氧化镁的分类 氧化镁化学式为 MgO，别名镁砂，氧镁。自然界中氧化镁以游离形态存在于方镁石矿中，人造氧化镁是密度为 3.65 3.9g/cm3 的白色疏松粉末，依据其物理化学性质 容重、化学活性、吸 附性质、导热性等可区分为轻质、次轻质、重质和活性氧化镁 3。