CN102030487A - 一种常温碳化低温热解高纯氧化镁新工艺 - Google Patents

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王全祥
朱国才
王�华
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Ningxia Baota Petrochemical Group Co ltd
Wang Quanxiang
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Abstract

本发明提供的一种常温碳化低温热解高纯氧化镁新工艺，采用两烧一烘干步骤，即原矿煅烧，然后水解碳化烘干后再煅烧即得高纯氧化镁产品；两套外烧式回转窑煅烧装置，系统封闭式生产，回转窑内产生的CO2气体集中收集净化后供碳化使用；窑外产生的热烟气余热供烘干使用；煅烧后炽热物料余热，在窑外继热解过程中产生的水蒸气供热解使用，实现了热能的有效循环利用，工艺装备优化配套利用率高，热能充分有效利用，产品高质量，能耗低，成本低，效益佳、无污染，该工艺可适应各种品位的菱镁石白云石等矿的煅烧。

Description

一种常温碳化低温热解高纯氧化镁新工艺
技术领域
本发明专利涉及一种常温碳化低温热解高纯氧化镁新工艺；属节能窑炉热化工领域。
背景技术
现有的高纯氧化镁工艺有层燃炉如立式炉箅子炉、反射炉等工艺进行焙烧，然后采用高温碳化高温水解，对煤质要求高，耗煤量大，碳化过程复杂，成本高。产品适应性差，大多设备煤耗高，回收高纯度CO2难度较大。环保设施差，劳动条件恶劣，污染严重。生产过程多以手工操作，安全性能差，缺乏从矿物原料到加工利用各环节的综合利用。产品质量偏低，稳定性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种常温碳化低温热解高纯氧化镁新工艺，具体讲是采用两烧一烘干常温碳化低温热解工艺，即先对含各种品位的菱镁矿煅烧，煅烧的窑气二氧化碳，在加速传质的条件下得到轻烧镁粉，CO2经气固分离净化后得到纯净CO2气体；轻烧镁粉经水水化求磨除杂注入CO2气体常温碳化再经低温热解后压滤烘干再煅烧可得到微细级高纯度氧化镁产品；该工艺闭合性好，碳化过程产生的水可100％复用，除产出少量废渣外，无其他三废产生，不会对环境造成污染，全线实现自动化控制，项目工艺技术先进合理，最大限度的充分利用热能，提高装置的利用率，节能降耗，实现能耗低，成本低，产品的高质量，包括下列工艺步骤：
1、原料轻烧：将菱镁矿破碎至0-25mm计量定量共给原料外烧式回转窑，在600-850℃下煅烧30-45min，得到轻烧氧化镁，此过程为热解脱碳，其反应式如下：
MgCO3→MgO+CO2
2、焖化冷却：将基本焙烧好的轻烧氧化镁停炉反转后将炽热物料输出煅烧窑进入焖化冷却仓，上部在物料携带辐射热的作用下继续热解物料，使未热解彻底的物料热解，随着时间推移，物料转如下部的冷却仓，在多组水排管的对流中将热量变成蒸汽经水环泵输入热解釜，排出的物料温度可调，一般可在100-200℃范围内选用；
3、水化球磨：将冷却至100-200℃的物料，输送至卧式球蘑机内磨至120目，同时加入一定量的水，水量控制以易磨为标准，一般是矿料3-6倍的水，边磨边水化，水化后过滤除杂，该过程反应生成：
MgO+H2O＝Mg(OH)2  +16.87kJ
CaO+H2O＝Ca(OH)2  +66.6kJ
4、碳化：首先将磨细水化好的浆液过滤后泵送碳化塔，然后将高低温煅烧窑分离的纯净CO2气体输入碳化塔进行碳化，碳化在25-35℃常温下进行，反应时间60-80min，反应生成碳酸氢镁，其反应式如下：
Mg(OH)2+CO2＝Mg(HCO3)2    +132.09kJ
Ca(OH)2+CO2＝CaCO3+H2O    +112.46kJ
5、低温热解：将碳化好的溶液泵送至热解釜，然后将焖化冷却仓产生的水蒸气输入热解釜，在60±20℃条件下反应60-80min，形成4MgCO3·Mg(OH)2·8H2O，其反应式如下：
Mg(HCO3)2＝4MgCO3·Mg(OH)2·8H2O
6、压滤干燥：低温热解后的浆体溶液，经压滤机压滤后输入烘干机干燥，干燥机亦是外烧式的，由高低温煅烧窑产生的余热经除尘输入干燥炉，对滤饼进行烘干，烘干至水分小于10％时，
7、低温煅烧：直接将干燥后的物料输入低温煅烧窑450-550℃进行再次脱碳反应，煅烧时60±20℃，得到99％的高纯氧化镁。其反应式如下：
4MgCO3·Mg(OH)2·8H2O＝MgO+CO2
8、成品输出储存：煅烧好的高纯氧化镁经焖化冷却仓冷却至70℃以下，用气体输送泵输送至干粉仓备用。
本发明专利提供的一种常温碳化低温热解高纯氧化镁新工艺包括：原料矿供应系统，原矿煅烧系统，煤料供应系统，热烟气回收利用烘干系统，CO2气体回收及碳化系统，炽热物料焖化冷却余热利用系统，高纯碳酸镁煅烧及高纯氧化镁输出储存系统；所述的原料矿供应系统经粉碎至0～25mm计量后的物料输送煅煅烧窑；所述的原矿煅烧系统有全封闭外烧回转窑、外烧窑包含窑体，底部的煤气燃烧系统，上部的排烟系统，外烧窑的传动支撑系统、两端柔性密封系统，和控制系统组成；所述的燃料供应系统可以是煤气发生炉，或煤粉炉、沸腾炉等；所述的热烟气回收利用烘干系统，是指两个外烧窑产生的热烟气进入一个气固分离器，经分离后未燃尽煤粉被回收在利用，分离后的热烟气直接输入烘干机的炉膛进行烘干；烘干后的高纯碳酸镁在进入低温煅烧窑，高低温煅烧窑内产生的CO2气体，分别经水封阀进入各段高温气固分离器、将80％粉尘回收后，再集中进入模结构高效收尘器，然后经多管水冷器、罗茨风机、集气箱、压缩机进入碳化塔、泥浆泵等组成；所述的高纯碳酸镁烘干煅烧系统：有卧式热解釜、有氧化镁溶液泥浆泵、水环泵热解釜、热解物溶池，压滤机、带式输送机、干燥机外烧式焙烧窑、焖化冷却仓、气力输送泵，成品干粉仓等组成。
本发明专利提出的一种常温碳化低温热解高纯氧化镁新工艺的优点是：该系统前段原矿煅烧和碳化热解后的高纯碳酸镁煅烧炉并排安装，产生的余热烟气通过两煅烧炉中间的气固分离器进入烘干窑进行烘干热解压滤后的高纯碳酸镁，两炉下面的焖化冷却仓在冷却物料过程中产生的高温蒸汽引入卧式热解釜加温，替代了蒸汽锅炉，两煅烧炉产生的CO2气体，集中输入冷却器、多管收尘器和模结构高效收尘器过罗茨风机输送至集气箱，然后输送至碳化塔进行碳化，替代了专门的CO2收集器，通过上述三条途径的设计改进，使得热能得到了充分有效的利用，大幅度节约了能耗，烟气几乎实现了零排放，采用的设备都是经过优化筛选的市售设备，设备利用率高，兼容性好，投资小见效快，取得了事半功倍的效果，综合经济，社会、环保效益极为显著。
附图说明：
图1是本发明专利高温热解低温碳化高纯氧化镁新工艺示意图
图1中，菱镁矿原料1外烧式回转窑(简称煅烧窑)2，原料氧化镁焖化冷却仓3，GX螺旋输送机4、水化球蘑机5、水计量器6、过滤桶7、泥浆泵8、废渣池9、碳化塔10、水封阀12，耐高温多管气固分离器13，模结构高效收尘器16，冷却器17，罗茨风机18，集气箱19，压缩机20，卧式热解釜21、热解物溶池22、压滤机23、带式输送机24、干燥机25、水蒸气放空阀26、水蒸气管(对称两焖化罐下方)27，截止阀28(对称)、水环泵29、产物料氧化镁焖化冷却仓30、气力输送泵31，干粉仓32、公用烟气气固分离器33、多管收尘器34、模结构收尘器35，引风机36、烟囱37、燃料系统38组成。
具体实施方式
本发明专利提出的高温热解低温碳化高纯氧化镁新工艺，其工艺结构如图1所示，包括原料矿粗(锷式)破碎机29，皮带输送机19底部与29出口相连，上部与18上口相连，细破(锤破)机18，提升机16底部与18的出口相连，上部与与15的进料口相连，料仓15底部安装计量装置13，大倾角皮带输送机10底部与13相连，上部与外烧式原矿料煅烧窑4的一端进料口上部的料斗相连；燃料系统由破煤机3底部出口与大倾角皮带输送机1相连，上部与煤气发生炉上部料斗2的料斗相连，然后产生的水煤气热源供两台外烧式回转窑煅烧物料；煅烧窑4的另一端与下部的焖化冷却仓9相连，9的底部与斗式提升机相连，上部与熟料仓12的进口相连，12的出口与磨粉机上口相连，磨粉机底部与螺旋计量器52相连，计量器的另一端与料浆混合搅拌机17相连，搅拌机同时接入来自水塔21的水计量泵20按水料比100∶1.2-1.3(水/轻烧粉)在混合搅拌机17中消化调浆，然后经泥浆泵24直接泵入碳化塔26进行碳化，碳化塔有多组组成，由三通阀22切换；经碳化后的残渣经过滤桶26过滤再经泥浆泵28输送至渣池29，然后人工或机械排出另做它用；由外烧窑内产生的CO2气体41，经水封阀57调节，过多管水冷器38冷却，然后进入耐高温多管气固分离器39粗分离，再经耐高温模结构高效收尘器40过滤，被净化至含尘小于20mL/m3，然后经罗茨风机42鼓入集气箱46，然后通过压缩机53与碳化加速器54接口对接进行气液固混合在碳化塔内碳化，碳化形成Mg(HCO3)2，碳化完成后的浆液Mg(HCO3)2进入过滤桶26沉降，其中已碳化的Mg(HCO3)2溶渣经过滤桶26底部排渣口后由泥浆泵28排入废渣池58；Mg(HCO3)2溶液将经泥浆泵55输送至卧式热解釜43进行低温热解得到4MgCO3·Mg(OH)2·8H2O，然后经压滤机56压滤，压滤后得到的残余滤液循环至初级混合机17与轻烧粉调浆；压滤后的滤饼经带式输送机31送至干燥机7进行干燥；干燥机热源来自煅烧窑4和外烧窑5的热烟气余热；经分离器8分离后提供给干燥机7；干燥机蒸发的水分经水蒸气排管排入大气，干燥机剩余热烟气经多管收尘器30和高效收尘器33收尘达标后再经引风机35引入烟囱36排空；被干燥的轻质碳酸镁利用余热干燥到一定程度后再经干燥机的出口装置直接流入外烧窑5内进行进一步煅烧得到高纯氧化镁MgO，然后停止外烧窑5，切换到反转位置，在窑内出料装置的作用下将烧好的高纯镁砂全部输入到焖化冷却仓34内，焖化冷却罐作用同9；亦具有两种功能，上部是用于焖化物料，具体讲就是利用出炉物料携带的热能(辐射热)在窑外焖化罐内继续热解，使外烧窑内未热解的残余继续热解，下部安装了多组水冷管，当热物料通过时进行冷却，管内水通过热交换产生大量水蒸气，再将水蒸气引入热解釜43进行热解；焖化冷却后的高纯镁砂经气力输送机37输送至于粉仓47，然后接入仓下包装机48包装后进入成品库50到出售渠道51；窑内煅烧时气体中夹带的少量粉尘料随同CO2气体进入冷却器38，分离器39、除尘器40后的CO2气体41过经罗茨风机42进入集气箱46，然后通过压缩机分配至各碳化塔，进入碳化循环过程，其中净化过程中收集的粉料被输入斗提机11进入再循环过程。
本发明专利提出的高温热解低温碳化高纯氧化镁新工艺，其工艺结构如图1所示，包括原料矿粗(锷式)破碎机29，皮带输送机19，细破(锤破)机18，提升机16，料仓15，计量装置13，大倾角皮带输送机10，原矿料外烧窑4，形成了从原料到煅烧工段；煅烧窑采用外烧式回转窑，其燃料由破煤机3将大块煤破成满足煤气发生炉需要的块度20-80mm，然后经大倾角皮带输送机1输送至煤气发生炉料斗2，然后产生的水煤气供窑炉燃烧。煅烧热解后形成两种物质，一种是固体叫轻烧镁，另一种是矿石分解后形成的CO2气体，其中轻烧镁形成后外烧窑停止切换到反转位置，在窑内出料装置的作用下将烧好的物料全部输入到焖化冷却仓9内，焖化冷却仓设计两种功能，上部是用于焖化物料，具体讲就是利用出炉物料携带的热能(辐射热)在窑外焖化罐内继续热解，使外烧窑内未热解的残余物继续热解，下部安装了多组水冷管，当热物料通过时进行冷却，管内水通过热交换产生大量水蒸气，再用水环泵32将水蒸气引入热解釜43进行热解；冷却后的物料经斗式提升机11输送至料仓12，然后经磨机14磨细至100目，然后经物料计量器52计量，与水塔21的引水计量泵20按水料比100∶1.2-1.3(水/轻烧粉)在混合搅拌机17中消化调浆，水化后首先形成Mg(OH)2，然后经泥浆泵24直接泵入碳化塔26同时经压缩机53将CO2气体鼓入26内进行碳化，碳化塔有多组组成，由三通阀22切换；经碳化后的残渣经过滤桶26过滤再经泥浆泵28输送至渣池29，然后人工或机械排出另做它用；所述的CO2气体，除原料煅烧窑煅烧时产生的外，另一个来源是碳化热解后的4MgCO3·Mg(OH)2·8H2O，外烧窑内产生的CO2气体41，经水封阀57调节，过多管水冷器38冷却，然后进入耐高温多管气固分离器39粗分离，再经耐高温模结构高效收尘器40过滤，1被净化至含尘小于20mL/m3；然后经罗茨风机42鼓入集气箱46，然后通过压缩机53与碳化加速器54接口对接进行气液固混合，经泥浆泵55输入碳化塔25进行碳化，碳化完成后熟浆液进入过滤桶26沉降。进行压滤分离后，其中非氧化镁溶渣经过滤桶26底部排渣口后由泥浆泵28排入废渣池58；氧化镁溶液将经泥浆泵55输送至卧式热解釜43进行常温热解得到碳酸镁，经压滤机56压滤，压滤后得到的残余滤液循环至17与轻烧粉调浆；压滤后的滤饼经带式输送机31送至干燥机7进行干燥；干燥机热源来自煅烧窑4和外烧窑5的热烟气余热；经分离器8分离后提供给干燥机7；干燥机蒸发的水分经水蒸气排管排入大气。干燥机剩余热烟气经多管收尘器30和高效收尘器33收尘达标后再经引风机35引入烟囱36排空；被干燥的轻质碳酸镁利用余热干燥到一定程度后再经干燥机的出口装置直接流入外烧窑5内进行进一步煅烧得到高纯镁砂，然后外烧窑5停止，切换到反转位置，在窑内出料装置的作用下将烧好的高纯镁砂全部输入到焖化冷却仓34内，焖化冷却罐作用同9；亦具有两种功能，上部是用于焖化物料，具体讲就是利用出炉物料携带的热能(辐射热)在窑外焖化罐内继续热解，使外烧窑内未热解的残余继续热解，下部安装了多组水冷管，当热物料通过时进行冷却，管内水通过热交换产生大量水蒸气，再将水蒸气引入热解釜43进行热解；焖化冷却后的高纯镁砂经气力输送机37输送至干粉仓47，然后接入仓下包装机48包装后进入成品库50到出售渠道51；窑内煅烧时气体中夹带的少量粉尘料随同CO2气体进入冷却器38，分离器39、除尘器40后的CO2气体41过经罗茨风机42进入集气箱46，然后通过压缩机分配至各碳化塔，进入碳化循环过程，其中净化过程中收集的粉料被输入斗提机11进入循环过程。
为实现上述目的，本发明提供的一种常温碳化低温热解高纯氧化镁新工艺、采用两烧一烘干技术，首先对原矿(0-25mm)在外烧式回转窑内进行焙烧热解，全封闭的窑内热解产生的CO2气体经过封闭的多级气固分离器将气体和粉尘固体分开，其中CO2气体用于碳化，生产过程的主要的化学反应为：
煅烧
MgCO3＝MgO+CO2          -121kJ
CaCO3＝CaO+CO2          -177.94kJ
消化
MgO+H2O＝Mg(OH)2        +16.87kJ
CaO+H2O＝Ca(OH)2        +66.6kJ
碳化
Mg(OH)2+CO2＝Mg(HCO3)2  +132.09kJ
Ca(OH)2+CO2＝CaCO3+H2O  +112.46kJ
热解
Mg(HCO3)2＝4MgCO3·Mg(OH)2·8H2O
高纯镁砂煅烧
4MgCO3·Mg(OH)2·8H2O＝MgO+CO2

Claims (5)

1.本发明的目的是提供一种常温碳化低温热解高纯氧化镁新工艺，具体讲是采用两烧一烘干常温碳化低温热解工艺，即先对含各种品位的菱镁矿煅烧，煅烧的窑气二氧化碳，在加速传质的条件下得到轻烧镁粉，经冷却气固分离净化后得到纯净CO2气体，轻烧镁粉经水解注入CO2气体常温碳化后分离除杂、沉淀、过滤再经低温热解后压滤烘干再煅烧可得到微细级高纯度氧化镁产品，期间热解使用的热源是来自回转窑煅烧物料出窑后的余热，在焖化冷却仓内蒸汽管带出的热蒸汽，该工艺闭合性好，碳化过程产生的水可100％复用，除产出少量废渣外，无其他三废产生，不会对环境造成污染，国内外尚无类似工艺，因此，项目工艺技术先进合理，最大限度的充分利用热能，提高装置的利用率，节能降耗，实现能耗低，成本低，产品的高质量。
2.根据权利要求1所述的两烧一烘干其特征是原矿经破碎至0～25mm经前段外烧式回转窑4煅烧，煅烧时产生两种物质，一种是轻烧氧化镁，一种是CO2气体；其中轻烧氧化镁进入焖化冷却仓冷却后经磨粉机磨至小于100目，然后水化，CO2气体经冷却净化进入集气箱待用，后段外烧式回转窑煅烧的物料是经水化碳化热解压滤烘干后的高纯细粉状氢氧化镁，煅烧产物是高纯氧化镁和CO2气体，其中高纯氧化镁为终极产品，CO2气体与前段工艺，被冷却净化后一并进入CO2集气箱。
3.根据权利要求1所述的常温碳化，其特征是将前后端煅烧窑的CO2气体集中经冷却气固分离净化后储存再集气箱共用，然后通过三通阀再分配至各碳化塔。
4.根据权利要求1所述的余热烘干，其特征是将前后端回转窑排出的热烟气集中收集后引入干燥窑对碳化热解压滤后的物料进行干燥。
5.根据权利要求1所述的热解用热源，其特征是将回转窑前后端的出料端料分别进入各自的焖化冷却仓后，各自产生的蒸汽均可集中在热解釜内，以防热力的不均衡。
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