CN104192876A - 一种适用于电熔镁砂冶炼的菱镁矿制团工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电熔镁冶炼菱镁矿球团及其制备方法。本发明电熔镁冶炼菱镁矿球团呈椭球体，所述电熔镁冶炼菱镁矿球团包括：菱镁矿粉、无机粘合剂和高分子粘合剂，其中无机粘合剂占总质量的5-40％、高分子粘合剂占总质量的0.001-0.05％，其余为菱镁矿粉。本发明还公开了一种电熔镁冶炼菱镁矿球团的制备方法。本发明对团矿的粘合剂选择、粘合剂用量、制团压力进行了优化，所选粘合剂高效、无害，该电熔镁冶炼菱镁矿球团采用了混捏、压密、成型的制团工序，并设计了团矿形状为椭球形，形成了完整的适用于电熔镁砂生产，利用菱镁矿粉为原料的团矿制备工艺。

Description

一种适用于电熔镁砂冶炼的菱镁矿制团工艺

技术领域

本发明涉及电熔镁冶炼技术，尤其涉及一种电熔镁冶炼菱镁矿球团及其制备方法。

背景技术

中国是世界上菱镁矿资源较为丰富的国家之一，而且分布比较集中，其中辽宁省菱镁矿储量丰富，占全国总量的85％，居全国首位。我国的菱镁产业现已发展成为独具特色的资源性优势产业，年产各种镁砂及制品1500万吨，产量居世界首位。

我国拥有的菱镁矿资源中，低品位菱镁矿占总储量近一半。由于开采缺乏科学依据、随意性大，采富弃贫、乱采滥掘现象非常严重。致使有些矿山的矿石回采率不足50％，相当一部分优质菱镁矿山遭到严重破坏。经过几十年的开采，商品级的菱镁矿已越来越少，特别是高品位的菱镁矿在某些地区已经不能满足生产需要。

在现有生产技术条件下，氧化镁含量42％～45％的低品位菱镁矿大量被废弃。仅辽宁营口地区低品位菱镁矿达数亿吨，多用于覆盖路面或填埋，造成资源的严重浪费，影响当地环境，缩短矿山服务年限。菱镁矿资源是不可再生的矿产资源，失去资源也就失去了生存和发展的基础。对中国这样一个发展中的大国来说，资源形势不容乐观。

解决问题的主要和重要方式是对低品位菱镁矿进行选矿处理，而选矿需要对原矿进行粉碎。同时在优质菱镁矿的开采和粗加工过程中会产生大量粉料。这些粉料的如何利用关系到有限资源的合理和高效利用。

菱镁矿中主要成分为碳酸镁，耐火材料和建筑材料中使用的是碳酸镁分解产物氧化镁。其化学反应如下：

MgCO₃+H₂O＝Mg(OH)₂+CO₂

碳酸镁分解为氧化镁理论上损失近52％，也就是说碳酸镁中二氧化碳含量超过一半。

电熔镁砂是耐火材料最重要的原料之一，具有纯度高，结晶粒大，结构致密，抗渣性强材料，热震稳定性好，是一种优良的高温电气绝缘材料，也是制作高档镁砖，镁碳砖及不定形耐火材料的重要原料，主要用于制造各种镁砖、镁铝砖、捣打料、补炉料、铺筑炼钢炉底等。

电熔镁砂是主要的生产方式之一是用精选的优质天然菱镁矿矿石在电弧炉中熔融制得。由于菱镁矿中二氧化碳超过50％，熔炼过程中产气量大，炉内料层必须保持气路通畅，所以碎料和粉料通常对熔炼过程是有害的。

为了在电熔镁砂熔炼过程利用粉料，就必须将菱镁矿粉进行成型处理，如同炼铁过程中对铁矿粉进行制团或烧结。目前较成熟的方法是制团。

制团对团矿的要求是不能引入杂质、有较高的常温(25℃)强度、有较高的高温(500℃)强度；对制备工艺的要求是便于操作和较低的成本。

电熔镁砂是高端耐火材料，它主要利用氧化镁高的熔点(超过2800℃)，杂质的引入会降低氧化镁纯度，所形成的多元化合物会大大降低材料的熔点，从而降低材料的耐火度，因此从原料到制造过程都要避免杂质的引入。较高的常温强度可以避免团矿在运输、搬运、下料过程中团矿的破损。较高的高温强度则可以避免高温时团矿的提前粉化，避免由粉化带来的气路堵塞，从而避免由气体聚集造成的喷炉状况，以保证熔炼的平稳运行。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有菱镁矿粉料不能用于电熔镁砂生产的问题，提出一种电熔镁冶炼菱镁矿球团，以实现菱镁矿粉料资源的合理和高效利用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电熔镁冶炼菱镁矿球团，该电熔镁冶炼菱镁矿球团呈椭球体，所述电熔镁冶炼菱镁矿球团包括：菱镁矿粉、无机粘合剂和高分子粘合剂，其中无机粘合剂占总质量的5-40％、高分子粘合剂占总质量的0.001-0.05％，其余为菱镁矿粉。所述椭球体三个轴向的剖视图均为椭圆。

进一步地，所述菱镁矿粉为选矿后的精矿粉；或优质菱镁矿的碎矿或粉矿。菱镁矿粉纯度(MgO含量)按生产需求选定；矿粉颗粒较大时应考虑级配，大于1mm碎矿量小于20％。所述菱镁矿粉的粒径为0.037-3mm。

进一步地，所述无机粘合剂为轻烧粉。所述轻烧粉粒度小于0.35mm，为工业品，纯度和杂质种类按生产需求选定。

进一步地，所述高分子粘合剂为羧甲基纤维素和/或聚丙烯酰胺。当粘合剂为羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺，所述羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺的质量比为40：60～1：100。

进一步地，所述羧甲基纤维素取代度大于0.6，粘度大于500MPa/S。

进一步地，所述聚丙烯酰胺固体分子量大于200万。为工业品，是一种线性的高分子聚合物，易溶于水，其水溶液几近透明的粘稠液体，属非危险品、无毒、无腐蚀性。

进一步地，所述椭球体的电熔镁冶炼菱镁矿球团的x：y：z轴之比为3:4:5～5:6:7。

进一步地，所述电熔镁冶炼菱镁矿球团x、y、z轴分别为15mm、20mm、25mmm，或x、y、z轴分别为30mm、40mm、50mmm，或x、y、z轴分别为50mm、60mm、70mmm。

本发明的另一个目的，还公开了一种电熔镁冶炼菱镁矿球团的制备方法，包括以下步骤：

(1)、按照重量配比将菱镁矿粉与无机粘合剂混合，形成混合粉料；

(2)、按照重量配比将混合粉料与高分子粘合剂混合，加入少量水，保证混捏料含水率为7％-10％，优选为8-9％，并用混捏机进行混捏，形成混捏料；

(3)、将混捏料通过对辊压密机进行压密，压密机压力10-30MPa，优选为15-25MPa，形成压密料；

(4)、将压密料通过对辊压密机制团，制成团矿湿料，制团压力为10-40MPa，优选为20-30MPa；

(5)、将团矿湿料进行自然干燥或加热干燥，当含水量小于2％后得到电熔镁冶炼菱镁矿球团。

进一步地，所述高分子粘合剂为羧甲基纤维素CMC和/或聚丙烯酰胺PAM，所述羧甲基纤维素CMC溶液按常规方法配制，配制后半小时后使用。所述聚丙烯酰胺PAM溶液按常规方法配制，配制24小时后使用。

本发明电熔镁冶炼菱镁矿球团配方科学、合理，该球团的制备方法简单易行，与现有技术相比较具有以下优点：

(1)、团矿的形状会影响团矿在炉内自身重力输送行为和在外力下的输送行为，本发明电熔镁冶炼菱镁矿球团呈椭球体，与现有正球形相比较，可减小球团流动性，增强可控性，易于填料；能在熔池上方形成稳定的料层，形成预热带；在电极升降式，不会阻碍电极活动；并使团矿具有更好地抗压能力。

(2)、本发明采用了无机粘合剂(轻烧粉)和高分子粘合剂(CMC和PAM)复合粘合剂，可以同时增强团矿的常温强度和高温强度。轻烧粉是菱镁矿在较低温度下焙烧的产品，其主要成分是氧化镁，与电熔镁砂的化学组成基本相同，但是它的密度较低。在菱镁矿粉料加入轻烧粉既是制备电熔镁砂的原料，又是团矿的粘合剂，其作用保证了团矿有好的高温强度和足够的常温强度；高分子粘合剂常温粘结力强，防水性能好，主要保证团矿有好的常温强度并对高温强度起增强作用；无机与高分子粘合剂起到了互补的作用。

本发明中无机粘合剂(轻烧粉)与高分子粘合剂基本上不会引人杂质。轻烧粉是熔炼电熔镁砂的原料之一，而高分子粘合剂为碳水化合物，在碳酸镁分解温度下就可以全部分解，并可以为熔炼提供部分热量。

(3)、本发明电熔镁冶炼菱镁矿球团的制备方法中制团前的压密对提高和稳定团矿质量具有重要作用。压密料具有小的块状形状，为进一步形成大的块体提供了基础，并保证大的块体内部均匀。制团压力对团矿强度具有重要作用。当制团压力从20MPa提高到30MPa时，团矿强度(常温和高温)均提高了20％以上。

本发明对团矿的粘合剂选择、粘合剂用量、制团压力进行了优化，所选粘合剂具有高效、无害的效果，采用了混捏、压密、成型的制团工序，并设计了团矿形状，形成了完整的适用于电熔镁砂生产，利用菱镁矿粉料为原料的团矿制备工艺。

附图说明

图1为实施例1电熔镁冶炼菱镁矿球团的制备方法。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

图1为实施例1电熔镁冶炼菱镁矿球团的制备方法。

本实施例公开了一种电熔镁冶炼菱镁矿球团，该电熔镁冶炼菱镁矿球团呈椭球体，x、y、z轴分别为30mm、40mm、50mmm。本发明电熔镁冶炼菱镁矿球团呈椭球体与现有正球形相比较，可减小球团流动性，增强可控性，易于填料；能在熔池上方形成稳定的料层，形成预热带；在电极升降式，不会阻碍电极活动。

该电熔镁冶炼菱镁矿球团包括：菱镁矿粉、无机粘合剂和高分子粘合剂，其中无机粘合剂占总质量的20％、高分子粘合剂占总质量的0.02％，其余为菱镁矿粉。所述菱镁矿粉为原矿产于大石桥地区菱镁矿经选矿后的粉料，粉料粒度为0.35-0.074mm，粉料含MgO量均大于46.7％。所述无机粘合剂为轻烧粉，所述轻烧粉粒度小于0.35mm，为工业品。所述高分子粘合剂为羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺，所述羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺的质量比为40：60。所述羧甲基纤维素取代度大于0.6，粘度大于500MPa/S。所述聚丙烯酰胺固体分子量大于200万，含量大于93％。本实施例中粘合剂为无机和高分子复合粘合剂，基本上无杂质引入，粘合效果佳。本实施例中采用的轻烧粉、羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺均为市售产品。

本实施例还公开了一种上述电熔镁冶炼菱镁矿球团的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)、按照重量配比将菱镁矿粉与无机粘合剂混合，形成混合粉料；

(2)、按照重量配比将混合粉料与高分子粘合剂混合，加入少量水，保证混捏料含水率为7％-10％，并用混捏机进行混捏，形成混捏料；本实施例中混捏使用双螺旋混捏机完成。

(3)、将混捏料通过对辊压密机进行压密，压密机压力10MPa，形成压密料；

(4)、将压密料通过对辊压密机制团，制成团矿湿料，制团压力为20MPa；

(5)、将团矿湿料进行自然干燥或加热干燥，当含水量小于2％后得到电熔镁冶炼菱镁矿球团。

其中高分子粘合剂为羧甲基纤维素CMC和聚丙烯酰胺PAM，所述羧甲基纤维素CMC溶液按常规方法配制，配制后半小时后使用。所述聚丙烯酰胺PAM溶液按常规方法配制，配制24小时后使用。

实施例2

本实施例公开了一种电熔镁冶炼菱镁矿球团，其成分与实施例1相同，制备方法与实施例1基本相同用，不同的本实施例中步骤(4)的制团压力为30MPa。

对比例1

本对比例与实施例1制备方法相同，区别在于，所述电熔镁冶炼菱镁矿球团中粘合剂仅采用无机粘合剂轻烧粉，所述轻烧粉占电熔镁冶炼菱镁矿球团总质量的20％。

对比例2

本对比例与实施例2制备方法相同，区别在于，所述电熔镁冶炼菱镁矿球团中粘合剂仅采用无机粘合剂轻烧粉，所述轻烧粉占电熔镁冶炼菱镁矿球团总质量的20％。

分别检测了实施例1、实施例2、对比例1和对比例2得到电熔镁冶炼菱镁矿球团的在常温和500℃下的抗压强度，按GB/T 14201-1993标准进行测试。测试结果如表1所示：

表1不同电熔镁冶炼菱镁矿球团的在常温和500℃下的抗压强度

	常温	500摄氏度
			实施例1	18.6MPa	16.6MPa
实施例2	22.5MPa	20.0MPa
			对比例1	7.9MPa	3.2MPa
对比例2	10.2MPa	5.6MPa

如表1可见，复合粘合剂的增强作用好于粘合剂单独使用的效果，表现出了明显的复合作用效果。制团压力对团矿强度具有重要作用，由表1结果可以看出当制团压力从20MPa提高到30MPa时，团矿强度(常温和高温)均提高了20％以上。

实施例3

本实施例公开了一种电熔镁冶炼菱镁矿球团，该电熔镁冶炼菱镁矿球团呈椭球体，x、y、z轴分别为15mm、20mm、25mmm。本发明电熔镁冶炼菱镁矿球团呈椭球体与现有正球形相比较，可减小球团流动性，增强可控性，易于填料；能在熔池上方形成稳定的料层，形成预热带；在电极升降式，可避免被球形料团阻碍电极活动。

该电熔镁冶炼菱镁矿球团包括：菱镁矿粉、轻烧粉和羧甲基纤维素，轻烧粉粒度小于0.35mm。羧甲基纤维素取代度大于0.6，纯度大于55％，粘度大于500MPa/S。电熔镁冶炼菱镁矿球团中轻烧粉总质量的30％、羧甲基纤维素占总质量的0.005％，其余为菱镁矿粉。所述菱镁矿粉为大石桥产菱镁矿碎矿和粉矿，粒度为0.5-3mm，粉料含MgO量均大于46.7％。本实施例中粘合剂为无机和高分子复合粘合剂，基本上无杂质引入，粘合效果佳。

本实施例还公开了一种上述电熔镁冶炼菱镁矿球团的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)、按照重量配比将菱镁矿粉与无机粘合剂混合，形成混合粉料；

(2)、按照重量配比将混合粉料与高分子粘合剂混合，加入少量水，保证混捏料含水率为9％，并用混捏机进行混捏，形成混捏料；本实施例中混捏使用双螺旋混捏机完成。

(3)、将混捏料通过对辊压密机进行压密，压密机压力20MPa，形成压密料；

(4)、将压密料通过对辊压密机制团，制成团矿湿料，制团压力为40MPa；

(5)、将团矿湿料进行自然干燥或加热干燥，当含水量小于2％后得到电熔镁冶炼菱镁矿球团。

高分子粘合剂为羧甲基纤维素CMC，所述羧甲基纤维素CMC溶液按常规方法配制，配制后半小时后使用。

经检测，本实施例电熔镁冶炼菱镁矿球团常温和500℃下的团矿强度为20MPa和18MPa。

本发明不局限于上述实施例所记载的电熔镁冶炼菱镁矿球团及其制备方法，其中电熔镁冶炼菱镁矿球团中各组分用量配比的改变，电熔镁冶炼菱镁矿球团椭球体x、y、z比值的改变，制备过程中条件的改变均在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电熔镁冶炼菱镁矿球团，其特征在于，该电熔镁冶炼菱镁矿球团呈椭球体，所述电熔镁冶炼菱镁矿球团包括：菱镁矿粉、无机粘合剂和高分子粘合剂，其中无机粘合剂占总质量的5-40％、高分子粘合剂占总质量的0.001-0.05％，其余为菱镁矿粉。

2.根据权利要求1所述电熔镁冶炼菱镁矿球团，其特征在于，所述菱镁矿粉为选矿后的精矿粉；或优质菱镁矿的碎矿或粉矿。

3.根据权利要求1所述电熔镁冶炼菱镁矿球团，其特征在于，所述无机粘合剂为轻烧粉。

4.根据权利要求1所述电熔镁冶炼菱镁矿球团，其特征在于，所述高分子粘合剂为羧甲基纤维素和/或聚丙烯酰胺。

5.根据权利要求4所述电熔镁冶炼菱镁矿球团，其特征在于，所述羧甲基纤维素取代度大于0.6，粘度大于500MPa/S。

6.根据权利要求4所述电熔镁冶炼菱镁矿球团，其特征在于，所述聚丙烯酰胺固体分子量大于200万。

7.根据权利要求1所述电熔镁冶炼菱镁矿球团，其特征在于，所述椭球体的电熔镁冶炼菱镁矿球团的x：y：z轴之比为3:4:5～5:6:7。

8.根据权利要求7所述电熔镁冶炼菱镁矿球团，其特征在于，所述电熔镁冶炼菱镁矿球团x、y、z轴分别为15mm、20mm、25mmm，或x、y、z轴分别为30mm、40mm、50mmm，或x、y、z轴分别为50mm、60mm、70mmm。

9.一种权利要求1-8任意一项所述电熔镁冶炼菱镁矿球团的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、按照重量配比将菱镁矿粉与无机粘合剂混合，形成混合粉料；

(2)、按照重量配比将混合粉料与高分子粘合剂混合，加入少量水，保证混捏料含水率为7％-10％，并用混捏机进行混捏，形成混捏料；

(3)、将混捏料通过对辊压密机进行压密，压密机压力10-30MPa，形成压密料；

(4)、将压密料通过对辊压密机制团，制成团矿湿料，制团压力为10-40MPa；

(5)、将团矿湿料进行自然干燥或加热干燥，当含水量小于2％后得到电熔镁冶炼菱镁矿球团。