集成化白云石悬浮煅烧引领镁产业变革

白云石煅烧作为硅热法炼镁的第一步,不仅是主要的能耗和碳排放环节,其煅烧产物的质量更是直接影响原镁的产率与品质。目前主流的回转窑煅烧工艺存在热效率低、能耗高、污染大、单线产能低、产品质量不稳定等问题,整个煅烧工序亟待技术革新。提出了利用悬浮态煅烧替代回转窑进行白云石煅烧,并对两种工艺进行了综合对比,悬浮煅烧呈现出显著的技术、环保及经济优势:理论上节能50%以上,CO_(2)减排超20%,生产成本较目前降低35%,而且可以有效避免“过烧”和“欠烧”,获得高质量、性能稳定性好的煅烧产物,为后续炼镁环节提供优质原料。还分析了用绿色、高效的集成化白云石悬浮煅烧技术替代目前的“分散式”煅烧的可行性及对整个镁产业可能产生的颠覆性影响。

白云石/三聚氰胺复合材料制备及吸附结晶紫性能研究

以白云石和三聚氰胺为原料,热聚合制备白云石/三聚氰胺复合吸附材料,以结晶紫的吸附率为评介指标探讨复合材料对结晶紫的最佳吸附条件。结果显示复合材料对结晶紫最佳吸附条件是:复合材料投加量为0.75 g、结晶紫溶液初始浓度300 mg/L、反应时间100 min,对结晶紫吸附率达97.3%。动力学拟合发现吸附反应符合准二级动力学方程和Langmuir等温方程模型,即吸附材料对结晶紫的吸附过程以单分子层的化学吸附为主。

白云石有序度的控制因素

通过统计大量白云石有序度的数据,并综合考虑数据的完整性、可靠性、研究意义,挑选了3种白云石化机理:准同生白云石化、混合水白云石化和埋藏白云石化的数据进行研究,得出深埋藏成因白云石有序度最大,浅埋藏成因白云石有序度和混合水白云石有序度相近,准同生白云石有序度最小的结论。同时综合前人对影响白云石有序度因素的研究实例、高温人工合成白云石的实验结论,进一步探索了白云石化流体中Mg^(2+)和Ca^(2+)比值、MgCO_3摩尔含量、白云石含量、杂质金属离子含量、埋藏温度和准同生、混合水、埋藏成因白云石有序度的关系。

脱水对Ca-Mg-Ba-CO_(3)无定形相前驱体相变控制的分子模拟研究:白云石与钡白云石的对比探究

白云石为地表分布最广泛的碳酸盐矿物之一,大量发育于古老地层中,现代海洋环境中鲜有出露。经过几十年的研究发现,低温条件下很难成功合成有序白云石,其成因问题仍悬而未决,因此“白云石问题”无疑是地质学上最长久的难题之一。主流观点认为原因是Mg^(2+)的水合作用阻碍了Mg^(2+)进入碳酸盐矿物晶格,然而最新研究提出,白云石结晶最大的限制因素可能在于无定形相前驱体的结构约束。溶液中无定形前驱体转化结晶为白云石时,脱水作用对结晶方式起着举足轻重的影响。文章采用分子动力学模拟的方法,研究Ca-Mg-Ba-CO_(3)系统中含水无定形前驱体的相变脱水过程。结果表明,脱水过程中系统密度显著上升,但金属阳离子与其他离子的距离受脱水影响小,且总配位数不变。动力学方面,含水无定形Ca-Mg-CO_(3)和Ba-Mg-CO_(3)前驱体(即ACMC和ABMC)具有相似的扩散行为,前者的粒子移动性较低,对成核团簇的聚集产生阻碍作用。热力学方面,二者的脱水焓有显著差异,ACMC的脱水焓更高,且脱去结构中最后的H_(2)O十分困难,而这部分H_(2)O会为了结构稳定干扰脱水过程,进而影响结晶进行。因此,限制白云石结晶的主要原因可能为低水合态时难以脱去维持结构稳定性的H_(2)O。该研究系统地探讨了脱水作用对白云石和钡白云石结晶的控制作用,为“白云石问题”的解决提供新的思考。

美国高镁pebble磷矿白云石浮选试验研究

采用PA-66作为捕收剂,硫酸作为pH调整剂,进行美国佛罗里达高镁pebble磷矿白云石浮选条件试验及开路平行试验。结果表明,原矿P_(2)O_(5)品位为21.29%,MgO含量(质量分数,下同)为4.06%,经过浮选后可获得P_(2)O_(5)品位为25.57%、MgO含量为0.98%的磷精矿,磷精矿P_(2)O_(5)回收率为73.75%,符合MgO含量小于1%的质量要求。

白云石可控碳化联产氢氧化镁和碳酸钙及其改性

综合利用白云石开发出高端产品及其技术成为当前研究者关注的焦点。本文通过可控碳化法进行白云石联产制备了高附加值的氢氧化镁和碳酸钙并对其进行改性研究。分别考察了碳化终点pH、温度、二氧化碳流速对产物晶型、粒径、形貌的影响以及硬脂酸锌的添加量、搅拌转速、改性时间、改性温度对产物改性效果的影响。结果表明,当碳化反应终点pH控制为10.5时,生成产物为碳酸钙和氢氧化镁混合物,且得率最高;最优的碳化反应条件为温度20℃、二氧化碳流速1L/min,生成的氢氧化镁和碳酸钙平均粒径为190.4nm;得到的产物氢氧化镁和碳酸钙最优的改性条件为硬脂酸锌添加量1.0%、搅拌转速600r/min、改性时间60min、改性温度50℃,得到改性的氢氧化镁及碳酸钙的活化度为95.8%,吸油值为41.2g/100g。

四川盆地中二叠统栖霞组白云石化海相流体的地球化学依据

四川盆地中二叠统栖霞组是油气勘探的重点层位,为探究其白云石化流体的性质和来源,基于岩石学研究成果,对该区栖霞组的宿主方解石和不同类型的白云石进行了稀土元素地球化学特征分析。结果表明:(1)宿主方解石、他形白云石和鞍形白云石具有低的稀土元素含量,且Sc、Ti、Zr、Hf等元素的含量显著低于陆源碎屑沉积物中这些元素的含量,表明栖霞组碳酸盐岩未受陆源碎屑物质影响;(2)他形白云石和鞍形白云石具有轻稀土亏损、重稀土富集、La正异常、Ce亏损、Gd富集、显著的Y异常、Eu弱亏损和相似的REE+Y配分曲线,类似于宿主方解石的稀土元素地球化学特征,这些特征表明他形白云石和鞍形白云石的白云石化流体主要来源于地层中的海水或海源流体;(3)个别鞍形白云石样品微弱的Eu正异常及较高的包裹体均一化温度表明,栖霞组受到与峨眉山大火成岩省有关的热事件影响,但热液流体对白云石形成的影响程度相对有限,可能更多的是热事件的温度传导效应使得栖霞组的宿主方解石克服了白云石形成的动力学屏障。结论认为:高温仅是栖霞组宿主方解石白云石化的诱导因素,而白云石化流体仍然主要来源于地层中的海水或者海源流体。

金属离子对白云石矿物颗粒分散行为的影响

为研究金属离子对白云石矿浆体系分散行为的影响,通过浊度实验研究了矿浆pH及Ca^(2+)、Mg^(2+)、Fe^(3+)、Al^(3+)等金属离子对白云石矿浆浊度的影响,并采用Zeta电位、XPS和经典DLVO理论模型等进行表征。结果表明:金属离子种类和矿浆pH对白云石颗粒分散行为具有不同程度的抑制作用;未添加金属离子条件下,在pH为4~10时,矿浆浊度值均保持在400NTU左右,白云石颗粒分散行为良好;添加金属离子后,白云石矿浆浊度均出现不同程度的下降,几种金属离子对白云石颗粒分散行为的抑制能力由大到小的顺序依次为Fe^(3+)、Al^(3+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)。在一定pH范围内,金属离子通过羟基络合物或沉淀形式附着在白云石颗粒表面,消除白云石颗粒之间的相互作用能势垒,而颗粒之间通过桥联作用发生聚集,从而破坏了白云石颗粒在矿浆体系中的分散行为。

油酸根离子在氟磷灰石和白云石表面吸附动力学与吸附热力学研究

采用TOC测量以及分子模拟方法研究了油酸根离子在氟磷灰石和白云石表面的吸附动力学以及吸附热力学。吸附动力学研究结果表明,以HEDP为抑制剂时,油酸根离子在氟磷灰石和白云石表面的吸附符合准二级动力学模型,油酸根离子在氟磷灰石表面的吸附速率大于在白云石表面的吸附速率。吸附热力学研究结果表明,油酸根离子在氟磷灰石和白云石孔径内和氟磷灰石(001)面以及白云石(104)面的吸附都接近Langmuir模型。相同比表面积条件下,油酸根离子在白云石表面的吸附量高于在氟磷灰石表面的吸附量,表明单位表面积内,白云石表面比氟磷灰石表面具有更多的活性位点。

滇东北地区下寒武统龙王庙组白云石化模式研究:来自钙同位素模拟结果

滇东北地区桧溪剖面位于四川盆地南缘外侧,剖面龙王庙组地层白云石化活动强烈,广泛发育泥晶灰岩、砂屑灰岩、泥晶白云岩、云质灰岩和灰质云岩等岩性。剖面3个灰岩过渡岩性白云岩旋回中具有混积特征,石英颗粒大量发育。阴极发光下,3个岩性旋回主要呈暗红色,可见石膏。地球化学测试显示:旋回1中灰岩白云岩碳同位素为-0.78‰~-0.49‰,氧同位素为-9.28‰~-8.96‰,锶同位素为0.70979554~0.71218318,钙同位素为0.54‰~1.12‰;旋回2中灰岩白云岩碳同位素为0.37‰~0.41‰,氧同位素为-9.76‰~-9.64‰,锶同位素为0.71008711~0.71374167,钙同位素为0.63‰~0.81‰;旋回3中灰岩白云岩碳同位素为-0.03‰~0.23‰,氧同位素为-9.90‰~-9.24‰,锶同位素为0.70990934~0.71237617,钙同位素为0.56‰~0.94‰;3个旋回中灰岩锶、钙同位素测试结果明显偏低,白云岩锶、钙结果明显偏高。钙同位素对流、缓冲模型模拟结果显示,旋回1白云石化流体Mg^(2+)浓度为2倍海水当量(105.64 mmol/kg,Mg^(2+)/Ca^(2+)=1.99),旋回2白云石化流体Mg^(2+)浓度为7倍海水当量(369.74 mmol/kg,Mg^(2+)/Ca^(2+)=6.79),旋回3白云石化流体Mg^(2+)浓度为2.3倍海水当量(121.48 mmol/kg,Mg^(2+)/Ca^(2+)=2.29)。温度模拟显示,白云石化流体温度主要为30℃。综合岩石学、常规地球化学及钙同位素模拟结果,滇东北地区龙王庙组白云岩为渗透回流模式成因。

原生白云石与交代白云石晶体的微结构对比研究

应用高分辨的透射电镜（ＴＥＭ）对原生白云石与交代白云石晶体微结构进行了对比研究。原生白云石晶体中微结构以位错、调制结构为主，调制结构规则，调制波长稳定，属生长调制；交代白云石晶体中的调制结构很不规则，波长变化大，有方解石残留。能谱分析显示两种白云石晶体中调制区与非调制区Ｃａ、Ｍｇ相对含量相差很大。

白云岩-蒸发岩共生体系白云石化过程研究:以鄂尔多斯盆地马家沟组为例

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组典型的白云岩-蒸发岩共生体系中白云岩储集层发育,前人围绕该白云岩储集层特征及形成机制开展了大量研究,但缺乏从白云岩-蒸发岩共生体系角度来探索白云石化过程及演化特征的研究。文中选取鄂尔多斯盆地东南缘西磑口剖面发育的2段白云岩-蒸发岩沉积序列(S1、S2)进行高精度连续采样,以沉积学、岩石学分析为基础,结合碳氧同位素、稀土元素及微量元素地球化学分析,识别出2类白云岩-蒸发岩共生组合,并对其白云石化流体性质、来源、演化及白云石化过程进行了详细研究。结果表明:(1)S1采样段发育Ⅰ型共生组合,主要由内碎屑颗粒白云岩—膏溶角砾白云岩—泥晶白云岩(含石膏假晶)—泥岩组成,代表强蒸发潮上带环境;S2采样段发育Ⅱ型共生组合,主要由薄-中厚层细晶白云岩—中层(颗粒)白云岩—泥质白云岩(含石膏假晶)—泥岩构成,代表潮间带—潮下带环境。(2)2种共生组合类型中白云岩的稀土配分模式与孔隙水的配分模式相似,均表现为中稀土(MREE)富集、Ce弱负异常—正常、Eu弱负异常—正常、δ^(13)C和δ^(18)O值无明显差别、Fe_(carb)和Mn_(carb)含量较高,推测其白云石化流体来源相同,为海水衍生的弱还原性孔隙水。(3)研究剖面由下至上从Ⅰ型共生组合到Ⅱ型共生组合沉积序列的垂向演化,反映了蒸发潮坪环境中共生体系的典型白云石化过程,即随着海平面上升,从S1段至S2段由潮上带准同生萨布哈白云石化演化为潮间带—潮下带渗透回流白云石化,Ⅰ型共生组合中白云岩的MREE和Fe_(carb)含量高于Ⅱ型共生组合白云岩,反映白云石化流体性质从富Fe^(2+)-Mn^(2+)、MREE向贫Fe^(2+)-Mn^(2+)、MREE的演化。研究认识丰富了共生体系下白云岩成因的基础理论,可为马家沟组油气勘探提供理论指导。

微孔白云石加入量对镁钙质中间包干式料性能的影响

以白云石为原料,采用二步煅烧法制备的致密镁钙砂是镁钙质中间包干式料常用的耐火原料。然而二步煅烧法工艺复杂,资源耗费大,且致密镁钙砂不利于中间包干式料隔热性能的提升。以一步煅烧法(1400℃保温3 h)制备的微孔白云石和电熔镁砂为主要原料,分别于1100、1550℃热处理后制备了镁钙质干式料试样,研究了微孔白云石加入量(质量分数分别为0、15%、30%、45%和60%)对试样性能的影响。结果表明:随着微孔白云石加入量的增加,1100℃热处理后试样的线收缩率和体积密度呈减小趋势,常温耐压强度先增大后减小;1550℃热处理后试样的线收缩率先减小后显著增大,显气孔率增加,热导率大幅降低,但常温耐压强度和抗渣性能降低。当微孔白云石加入量为60%(w)时,1550℃热处理后试样在800℃下的热导率为2.410 W·m^(-1)·K^(-1),与传统镁质干式料相比下降了51.9%,同时常温耐压强度为26.0 MPa,在力学性能略微降低的情况下表现出优异的隔热性能。

黄铁矿和白云石浮选分离药剂研究进展

卡林型金矿中的金多以显微、次显微颗粒的形式赋存于黄铁矿中,同时,在卡林型金矿成矿过程中伴生的大量白云石与黄铁矿作用会恶化黄铁矿的浮选指标,因此,黄铁矿和白云石之间的相互作用是造成卡林型金矿浮选过程中Au回收率低的重要原因之一。机理研究显示:黄铁矿氧化过程中释放的Fe^(2+)能以Fe(OH)_(2)和FeCO_(3)的形式沉积在白云石表面,活化白云石的浮选,同时,黄铁矿氧化放出的酸促进了白云石的溶解,溶解产生的Ca^(2+)、Mg^(2+)能以CaOH^(+)和Mg(OH)_(2)的形式吸附在黄铁矿表面从而抑制黄铁矿的上浮,更重要的是,随着氧化程度的增加,黄铁矿和白云石表面会发生同质化效应,造成两者间的异相团聚,恶化矿物间的分选,最终降低卡林型金矿中Au的回收率。为了解决卡林型金矿浮选过程中药剂用量大、Au富集比低的分选难题,结合其浮选过程中黄铁矿和白云石间的交互作用恶化卡林型金矿分选的特征,对国内外现有研究中可能对黄铁矿和白云石分选具有促进作用的黄铁矿活化剂、白云石抑制剂、浮选增效剂、选择性捕收剂等药剂类型和作用机理进行了分析整理,并对各种药剂在实际矿石分选过程中的应用效果进行了对比,筛选出了能与不同浮选手段搭配使用的药剂制度。为将来实现通过药剂开发优化黄铁矿和白云石的分选,从而改善卡林型金矿浮选指标的目标,提供了有价值的参考。

周期性淹水-落干和施用秸秆对白云石改良棕壤磷素流失风险的模拟研究

农田土壤磷累积及潜在的磷素流失风险在中国受到广泛的关注。施用白云石是降低土壤磷流失风险的有效措施之一,但常见农田管理措施(秸秆还田、交替灌溉以及它们的组合措施等)如何影响白云石改良后土壤的磷素流失风险及其相关机制目前还不清楚。采用培养试验,探究施用秸秆、周期性淹水-落干、周期性淹水-落干和施用秸秆联合处理对白云石改良土壤活性磷含量、磷吸附/解吸特性、连续浸提磷组分和土壤理化性质的影响。结果表明:与仅施用白云石的对照(CK)相比,施用秸秆(S)和周期性淹水-落干处理(FW)使土壤不稳定磷(CaCl_(2)-P)分别增加62.3%和15.9%;并同时降低土壤磷最大吸附容量(6.26%-12.5%)和Na HCO_(3)-P_(i)(6.97%-19.2%)。秸秆本身含有的磷和易解吸态磷(Na HCO_(3)-P_(i))的释放分别是上述处理土壤活性磷增加的主要原因。周期性淹水-落干和施用秸秆联合处理(FWS)使土壤CaCl_(2)-P和Bray-P分别降低43.4%和23.2%。这一处理也显著提高了土壤非晶质铁质量分数(21.6%),增强土壤对磷的吸附,并抑制吸附态磷的解吸,进而降低土壤活性磷质量分数。此外,周期性淹水-落干和施用秸秆联合处理也显著提高了土壤Fe^(2+)(423%)和铁活化度(18.8%),促进了土壤Fe/Al-P向稳定态磷转化,使HCl-P增加26.9%。土壤磷吸附能力的提高、非晶质铁对活性磷的固定和稳定态磷(HCl-P)质量分数的增加是周期性淹水-落干和施用秸秆联合处理中磷流失风险降低的重要原因。结构方程模型表明,土壤非晶质铁和有机质是影响磷素流失的关键因素。研究表明,适当的淹水-落干措施配合秸秆还田能增强白云石改良土壤中磷素的固持,降低磷素流失风险,可为胶东半岛高磷土壤的管理提供科学依据。

羧甲基纤维素对磷灰石与白云石浮选分离的影响及机理研究

以磷灰石和白云石为研究对象,采用纯矿物浮选实验、红外光谱分析、Zeta电位分析等方法,探讨油酸钠体系中羧甲基纤维素(CMC)对两种矿物浮选分离的影响及作用机理。实验结果表明:油酸钠为捕收剂用量100 mg/L,在无抑制剂CMC时,白云石和磷灰石的回收率均在90%以上;而CMC质量浓度5 mg/L时,白云石与磷灰石的回收率分别为4.72%、95.52%,实现了白云石与磷灰石的高效分离。机理分析表明:油酸钠在磷灰石和白云石表面主要以物理吸附为主,而CMC可能与白云石表面的Mg2+“桥接”,阻碍了油酸钠在白云石表面的吸附,且其阻碍油酸钠在磷灰石表面吸附的能力很小,因此CMC对白云石具有较强的选择性抑制作用;在油酸钠体系中,随着CMC质量浓度的增大,磷灰石表面电位发生轻微负偏移,而白云石表面电位出现大幅负移,说明CMC能阻止油酸钠在白云石表面的吸附,却不影响油酸钠在磷灰石表面的吸附,因此能达到选择性抑制白云石浮选的效果。

钙镁离子对白云石浮选矿浆流变性的影响研究

磷矿反浮选脱镁过程中,白云石溶解和回水循环利用导致矿浆中钙镁离子增多,影响白云石的浮选行为,进而影响磷灰石与含钙脉石矿物的分离,因此调控含钙脉石矿物浮选行为的研究是磷矿石分选的研究热点。本研究以常见的含钙脉石矿物——白云石为对象,在不同钙离子和镁离子浓度下进行单矿物浮选试验、矿物颗粒分布和矿浆黏度测试,分析了钙离子和镁离子对白云石浮选流变性的影响,结果表明:弱酸性条件下,钙镁离子在改变矿浆黏度的同时也能影响浮选结果;钙离子对白云石有一定抑制作用,随着钙离子浓度升高,白云石上浮率先降低后有一定程度的上升,矿浆黏度则表现出先上升后下降的趋势;镁离子可以活化白云石上浮,随着镁离子浓度升高,白云石的上浮率先增加后趋于稳定,矿浆黏度表现出先下降后稳定的趋势。

胶磷矿与白云石界面水化特性的分子模拟研究

以胶磷矿为研究对象,研究了胶磷矿和白云石的界面水化特性,通过密度泛函理论(DFT)和分子动力学模拟(MDS)研究了单个水分子在氟磷灰石(001)面和白云石(104)面的吸附构型和水溶液中矿物表面的水化作用,并对矿物界面形成水化膜的结构和性质进行分析。DFT结果表明,水分子会与氟磷灰石(001)面和白云石(104)面发生相互作用,水分子在氟磷灰石表面与Ca1位点的吸附能为-128.19 kJ/mol,在白云石表面与Ca和Mg位点的吸附能为-62.30 kJ/mol和-54.89 kJ/mol,水分子的O与氟磷灰石和白云石表面的Ca/Mg位点作用形成弱化学吸附,水分子与白云石表面Ca位点作用强于Mg位点,水分子的H与两种矿物表面的O作用形成氢键吸附。氟磷灰石/白云石-水体系MDS结果表明,两种矿物表面水分子密度沿z轴方向出现明显分层,靠近矿物表明的水分子密度较大,这层水分子即为水化膜。水化膜内的水分子呈定向、密集排列,氟磷灰石和白云石表面均能形成水化膜。通过相对浓度分布和扩散系数分析发现,氟磷灰石和白云石表面水化膜结构分为有序层、过渡层和本体水,靠近表面的有序层水分子与表面作用较强,水分子有序排列,外层水分子主要受氢键作用,水分子随着与表面距离增加趋于混乱无序,氟磷灰石表面水化膜厚度为0.56 nm,白云石表面水化膜厚度为0.68 nm。

酸蚀对白云石可浮性的影响及其作用机理

在油酸钠体系下,通过浮选试验、浮选动力学拟合、表面粗糙度表征、比表面积分析、XPS分析、吸附性能分析和润湿性分析,研究了酸蚀对白云石可浮性的影响及其作用机理.研究结果表明:酸蚀后,白云石表面粗糙度和比表面积增大,这暴露出更多的活性位点,强化了与油酸钠的吸附,增强了白云石的疏水性,进而改善了白云石的浮选性能.此外,在浮选动力学拟合中,经典一级动力学模型、一级矩阵分布模型、二级动力学模型的R2均高于95%.相比于其他模型,经典一级动力学拟合效果较好.其中在油酸钠质量浓度为60 mg/L时,酸蚀后白云石经典一级动力学k最大值为1.88 min^(-1),与此同时,酸蚀前白云石经典一级动力学k=1.15 min^(-1),表明酸蚀可以提高白云石浮选速率.本研究为白云石浮选提供了新的研究方向,具有一定的理论和现实意义.

南疆铁门关土壤白云石与氟元素的耦合关系

南疆环塔里木盆地的绿洲土壤发育了大量的碳酸盐矿物,同时该地区土壤和地下水的氟(F)元素含量较高,存在较大的F污染风险。探讨两者的耦合关系,对开展干旱区土壤无机碳汇的综合利用、提高区域F污染的防治水平有重要意义。文章选择新疆铁门关市15个典型表层土壤,通过XRD、扫描电镜等分析手段对土壤样品进行测试,同时分析常量、微量元素和碳酸盐Sr同位素组成,并结合室内选择性溶解实验方法,对该地区土壤矿物学与地球化学特征进行了系统研究,获得了F与碳酸盐矿物耦合变化机制的地质证据。研究发现,铁门关地区土壤中矿物组成较为复杂,其主要元素含量接近于上部大陆地壳,化学风化指数CIA值在50~60之间,风化程度较弱。土壤中含较高的方解石和白云石等碳酸盐矿物(平均含量为20.1%),碳酸盐平均Sr,Mn含量分别为1434×10^(-6)和1736×10^(-6),^(87)Sr/^(86)Sr比值为0.710左右。土壤中F与碳酸盐矿物有关的元素高度正相关,并且与白云石呈现很好的耦合变化。推测土壤中的F异常主要来自源区的氟镁石,在地质、气候等综合因素下共同迁移变化。