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镁科研

白云石——制取金属镁的重要原材料

发布时间：2023-02-20 作者：综合管理部

认识白云石   

白云石是碳酸盐矿物，分别有铁白云石和锰白云石。它的晶体结构像方解石，常呈菱面体。遇冷稀盐酸时会慢慢出泡。有的白云石在阴极射线照射下发橘红色光。白云石是组成白云岩和白云质灰岩的主要矿物成分。白云石可用于建材、陶瓷 、玻璃和耐火材料、化工以及农业、环保、节能等领域。主要用作碱性耐火材料和高炉炼铁的熔剂；生产钙镁磷肥和制取硫酸镁；以及生产玻璃和陶瓷的配料。
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白云石或白云岩是一种含钙、镁高的碳酸盐岩，其化学成分为CaMg（CO3）2，晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。三方晶系，晶体呈菱面体，晶面常弯曲成马鞍状，聚片双晶常见。集合体通常呈粒状。纯者为白色；含铁时呈灰色；风化后呈褐色，呈玻璃光泽。

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白云石产业链上游    

我国白云岩矿床分布在碳酸盐岩岩系中，时代愈老的地层赋存的矿床愈多，且多集中于震旦系底层中。如东北的辽河群、内蒙古的桑子群、福建的建瓯群中都有白云岩矿床产出。其次，震旦系、寒武系中白云岩矿床也比较广泛，如辽东半岛、冀东、内蒙古、山西、江苏等地也由大型矿床产出。石炭、二叠系中的白云岩矿床多分布于湖北、湖南、广西、贵州等地。
我国白云岩矿床资源丰富，已探明的储量能够满足经济建设的需要，各矿床多已开发利用，产地遍布各省。
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山西是我国典型的资源型地区，炼镁白云石保有资源储量8.45亿吨，冶金用白云岩为17.24亿吨，位居全国第一，占全国炼镁白云石保有储量的30%。拥有瑞格镁业、银光华盛、八达镁业、五台云海等一批行业龙头企业。武乡县拥有丰富的镁铝矿产资源，是山西省四大金属镁生产基地之一，白云石探明储量1.8亿吨。闻喜县和五台县白云石资源同样储量集中且品位优质，五台云海镁业有限公司已形成一期“年产5万吨高性能镁合金”的产业基础。
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武宣是广西白云石之乡，武宣县境内白云石矿产资源丰富，白云石矿产资源储量达100亿吨（60.6亿立方米），占广西储量的90%。2020年，年开采500万吨白云岩及年产120万吨炼钢造渣剂轻烧白云石项目落户武宣。武宣县白云石产业园建设项位于武宣县工业园区，入驻项目有武宣宝丰矿业有限公司年产100万吨白云石生产线、武宣东源矿业有限公司年产100万吨白云石项目、广西中科矿业有限公司年产50万吨白云石项目、武宣汇力矿粉有限公司年产100万吨白云石加工项目等，有效整合全县白云石矿产品加工业及矿山资源，形成白云石矿产品加工产业集群。
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河南省鹤壁是我国最大的镁粉、镁屑、镁粒加工出口基地，是中国高品质金属镁及镁合金系列生产加工出口基地。2022年7月24日河南省地矿局发布称该局水文一队日前在鹤壁发现一特大型白云岩矿，经初步估算，资源储量约2.55亿吨，该矿区位于鹤壁市淇县西部山区，面积约31.87平方公里。调查发现，区内矿体岩性为中厚层鲕粒白云岩，矿体规模较大，成矿地质条件良好，矿石质量品位较稳定，是优质的金属镁原料，适宜露天开采。

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贵州省玉屏、万山矿床所产白云石量丰质优，仅玉屏至铜仁320km内有 C 级储量约500万吨，D级储量6000万吨。万山特区在吉玉向斜东翼，从中寒武统第三分层中、上部开始向上，厚约100m均为白云石；有的地方从中寒武统到上寒武统厚度300m以上几乎全为结晶白云石，储量在10亿吨以上。

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白云石产业链中游  


1、炼镁工业
原矿粒度为30～120mm的白云石是生产金属镁的重要原料，其冶炼方法主要分为两大类，即电解法和硅热还原法。
白云石冶炼金属镁
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从1954年，国家批准引进苏联菱镁矿氯化电解法炼镁技术，在抚顺铝厂建设年产3000吨电解镁项目，中国镁冶炼工业经过近70年的发展，逐步形成以陕西地区为主要生产基地的产业格局。由于陕西省府谷县当地镁厂创造性将“低阶煤高温热解或中低温热解”后生产的煤气作为燃料生产金属镁，不仅实现了煤气回收，极大地节省了燃料成本，还建立了原煤→煤炭热解→发电→硅铁→镁冶炼等相关循环产业链，使陕西省府谷县成为了我国重要的镁冶炼基地，是我国也是全球最大的镁冶炼企业产业集群，被业内评价为“世界镁业在中国，中国镁业看府谷”。目前当地共有40多家镁锭生产企业，区域产量始终稳居全国第一。

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2020年，我国镁锭产量72万吨，同比减少15%。回顾近年来的产量变化情况，可以发现受去年新冠疫情影响，2020年镁锭产量下降较为严重。一方面疫情初期国内交通受阻，企业原料采购困难，产品出售受限，生产节奏被打乱。一方面海外疫情发酵，港口陆续关闭，外贸订单陆续取消，需求大幅下降，镁厂无奈选择减产保价，致使2020年产量整体下滑。考虑如今国内疫情控制得当，海外需求有所恢复，预计未来镁锭产量有望回归往年水平。 

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2、制备氧化镁及碳酸镁
生产碳酸镁对白云石的化学成分要求较高，而氧化镁作为填充剂，在工业上广泛应用于橡胶、搪瓷、电线电缆等行业。目前国内普遍采用白云石碳化法生产轻质碳酸镁和轻质氧化镁。
传统碳化法工艺
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双碱碳化法工艺
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白云石产业链下游    


1、冶金耐火材料

白云石作为碱性耐火材料的重要原料之一，其重要性仅次于菱镁矿，主要用于炼钢转炉衬，平炉炉膛，电炉炉壁，其次用于炉外精炼装置和水泥窑等热工设备。白云石可制作白云石砖系列、电熔白云石碳砖和电熔镁白云石碳砖等。白云石粉末还可以用作炼铁高炉堵孔材料。

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2、化学工业

生产碳酸镁、氧化镁、氢氧化镁等化工产品，应用于制造镁盐、氧化镁、单质镁、防火材料、印刷油墨、陶瓷、日用化工等。

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3、建筑材料

制造氯氧镁水泥是白云岩的另一重要用途。这种含镁水泥具有良好的抗压、抗挠曲强度和抗腐蚀等特性。尤其是采用隔焰锻烧白云岩制备的苛性粉，进而配制的氯氧镁水泥安定性更佳。含镁水泥已被广泛地用于地板块、快速凝固路面铺砌和路面裂纹裂缝的修补等。此外，通过煅烧白云石生成苛性白云石后，也可加工成氢氧化镁水泥和硫酸氧化镁水泥。

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4、农/林业
用于中和土壤中的酸性。由于长期使用尿素一类肥料容易造成土壤呈酸性，因此可在尿素中直接加入白云石，使土壤保持适当的pH值，一般能增加作物产量15%～40%，而且还可提高除草剂药效，pH为6.0～6.2时除草剂效果最佳。白云石还能补偿土壤中镁含量损失，1.2～0.8um的白云石微粒可自由流动，用作肥料的填料能改善植物利用土质营养的条件，减少结块，便于调节肥料配比。
畜禽饲料中，钙、镁均是动物体内所必须的营养元素，在畜、禽饲料中添加适量的白云岩粉，对于促进动物的生长发育、减少疾病非常有益。

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5、玻璃制品
白云石和石灰石是玻璃原料中除硅砂和苏打粉外的第三大组分。采用引入白云石中氧化镁的办法能进一步降低成本。白云石在玻璃工业中还能提供氧化钙，加入纯碱—灰质—硅质体系，起到熔剂作用。此外，白云石还可以减少玻璃老化、阻止大气或水分产生的化学侵蚀、改善彩色玻璃的可塑性、提高玻璃强度。
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6、陶瓷行业
坯料及釉料中采用白云石，引入MgO和CaCO3 成分以代替滑石和方解石。MgO的作用是：改变混料系统成分，从而降低坯体的烧成温度；促进石英的溶解和莫来石的形成，增加石英用量，减少长石用量，从而增加坯体的透明度。在釉料中加入白云石的釉不易烟熏，且很少发生析晶现象。

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