CN105950861A - 一种炼镁用白云石预制球团的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种炼镁用白云石预制球团的制备方法，属于冶金技术领域，该方法包括如下步骤：将白云石、还原剂、萤石破碎磨细，按质量比，白云石：还原剂：萤石＝100：(12～14)：(2～3)取料，混合，加入粘结剂，使用圆盘造球机制成直径5～25mm的球团，以喷淋或浸渍或二者相结合的方法在制成的球团表面再次覆盖粘结剂，进行风干，覆盖粘结剂与风干操作反复进行1～5次后，将风干后球团在惰性气体保护下煅烧，煅烧后制得炼镁用白云石预制球团，用于还原炼镁。本发明能够同时大幅度提高球团煅烧前和煅烧后的强度，为还原过程提供优质的球团。
Description
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种炼镁用白云石预制球团的制备方法。
背景技术：
皮江法炼镁是当前生产金属镁的主要方法。其原料是白云石，经过煅烧后获得煅白，与萤石和硅铁制造球团，用于真空热还原制取金属镁。尽管皮江法得到不断改进，使能耗和污染降低，但仍存在一些问题亟待改进。其中包括：
(1)白云石在煅烧过程中产生5％的微细粉无法利用。皮江法的原料是白云石，其在煅烧过程中将产生5％的微细粉，这部分粉末无法应用于后续工艺，不仅污染环境，而且将造成能量损失。
(2)无法完全回收煅白余热。由回转窑煅烧后的煅白温度很高，经单筒冷却机后，温度仍有约220℃，煅白携带的这部分热量在随后的混料、磨料和制球工艺过程散发到环境中，不能被利用。
(3)经磨料、混料和压球等工序后降低了煅白的活性。经高温煅烧获得的煅白活性很高，极易与空气中的水蒸气发生化学反应或吸附空气中的物质，而降低煅白的活性。因此煅白的活性随着储存时间的延长而逐渐降低。在实际生产过程中，煅白须经过磨料、混料和压球等工序后才能用于还原，这将降低煅白的活性，进而影响镁的回收率。
(4)将冷球团重新加热至还原反应温度，降低了生产效率。采用皮江法在实际生产过程中，煅白的煅烧温度为1100～1200℃，经过冷却机、磨料、混料和压球工序后，球团中煅白的温度与环境温度基本相同。球团装入还原罐后需重新加热至1200～1250℃。在此过程中，煅白首先由1100～1200℃冷却至环境温度，然后被加热至1200～1250℃，虽然冷却过程中大部分能量被回收，但是延长了煅烧工序和还原工序的时间，降低了生产效率。
为了解决皮江法存在的这些问题，进一步降低炼镁的能耗和排放，专利(CN 102965524 B)公开了一种预制球团真空热还原炼镁的方法，本专利公开的方法可为专利(CN 102965524 B)公开的炼镁工艺提供优质的预制球团。
目前，球团强度的相关研究及专利主要是关于铁矿石球团的。铁矿石球团以氧化铁为主要成分，成球后通过高温(大于1300℃)烧结的方式提高球团的强度。本专利涉及的预制球团主要成分是白云石和硅铁，属于碳酸盐类球团，其在煅烧过程中由于碳酸盐的分解，将产生多孔的熟球团，降低球团强度；另一方面，由于预制球团中存在硅铁，为避免煅烧过程中硅铁与氧化镁发生反应造成镁损失，因此煅烧温度不能高于1050℃。综上所述，现有的提高铁矿石球团强度的方法不能用于提高预制球团的强度。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种炼镁用白云石预制球团的制备方法，本发明能够同时大幅度提高球团煅烧前和煅烧后的强度，为还原过程提供优质的球团。
本发明的炼镁用白云石预制球团的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶还原剂∶萤石＝100∶(12～14)∶(2～3)，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量3～5％的粘结剂，制成球团；其中，粘结剂为聚乙烯醇、水、高岭土、硅酸溶胶中的一种或其中两种的混合物；
(3)在球团表面覆盖粘结剂，将球团自然风干10～24h，制得风干后球团；其中，覆盖的粘结剂为聚乙烯醇、水、硅酸溶胶中的一种或其中两种的混合物，覆盖次数为1～5次，粘结剂总的覆盖质量≤球团质量的10％；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，加热到150～250℃，保温30～60min；
(2)在惰性气体或氮气气氛下，加热到850～1050℃，保温煅烧30～120min，制得炼镁用白云石预制球团；
所述的步骤1(1)中，白云石、还原剂与萤石的粒度均小于200目，白云石中MgO质量含量为20.00～21.70％。
所述的步骤1(1)中，还原剂为硅铁粉、铝粉或铝硅合金粉中的一种，纯度大于98％。
所述的步骤1(2)中，粘结剂为聚乙烯醇、水、高岭土、硅酸溶胶中两种的混合物时，两种物质的比例为任意比。
所述的步骤1(2)中，球团通过圆盘造球机制得。
所述的步骤1(2)中，制成的球团直径为5～25mm。
所述的步骤1(3)中，在球团表面覆盖粘结剂的方式为喷淋或浸渍，或两种方式相结合。
所述的步骤1(3)中，制得的风干后球团承压至球团破裂的压力为50～140N。
所述的步骤1(3)中，粘结剂为聚乙烯醇、水、硅酸溶胶中两种的混合物时，两种物质的比例为任意比。
所述的步骤2(1)中，保温操作是对加热后的球团，进行脱水的过程。
所述的步骤2(2)中，制得的炼镁用白云石预制球团承压至球团破裂的压力为50～120N。
所述的步骤2中，步骤2(1)和2(2)的操作在高温炉、回转窑或流化床中进行。
本发明的有益效果：
本发明通过喷淋或浸渍的方法，在已成球团的表面形成一层硬壳，可将未煅烧的预制球团承压至破裂的压力由16～30N提高到50～140N；煅烧后，硬壳在球团表面发生烧结，虽然碳酸盐发生分解，但煅烧后球团仍可保持较高强度，可将煅烧后的预制球团承压至破裂的压力由15～30N提高到50～120N；本发明公开的方法能够同时大幅度提高预制球团煅烧前后的承压至破裂的压力，即提高预制球团煅烧前后的强度，尤其是煅烧后多孔熟球团的强度。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例中采用的白云石、还原剂和萤石破碎到200目以下粒度，还原剂纯度大于98％。
实施例1
炼镁用白云石预制球团的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶硅铁粉∶萤石＝100∶12∶2，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为20.00％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量3％的聚乙烯醇，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为5mm；
(3)在球团表面喷淋聚乙烯醇后，将球团自然风干10h，覆盖聚乙烯醇质量为球团质量的2.5％，制得风干后球团，经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为50N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在高温炉中加热到150℃，保温30min脱水；
(2)在氩气气氛下，加热到850℃，保温煅烧30min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为50N。
对比例1
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶硅铁粉∶萤石＝100∶12∶2，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为20.00％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量3％的聚乙烯醇，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为5mm，将球团自然风干10h，制得风干后球团；经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为30N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在高温炉中加热到150℃，保温30min脱水；
(2)在氩气气氛下，加热到850℃，保温煅烧30min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为20N。
实施例2
炼镁用白云石预制球团的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶硅铁粉∶萤石＝100∶13∶3，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为20.00％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量3％的水，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为10mm；
(3)在球团表面喷淋聚乙烯醇，将球团自然风干14h后，球团表面再次喷淋聚乙烯醇，自然风干14h，以上操作，共进行2次，覆盖聚乙烯醇总质量为球团质量的4％，制得风干后球团，经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为65N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在高温炉中加热到150℃，保温36min脱水；
(2)在氩气气氛下，加热到880℃，保温煅烧35min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为60N。
对比例2
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶硅铁粉∶萤石＝100∶13∶3，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为20.00％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量3％的水，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为10mm，将球团自然风干14h后，制得风干后球团；经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为20N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在高温炉中加热到150℃，保温36min脱水；
(2)在氩气气氛下，加热到880℃，保温煅烧35min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为15N。
实施例3
炼镁用白云石预制球团的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝粉∶萤石＝100∶14∶3，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为20.50％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量4％的高岭土和3％的水，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为15mm；
(3)将球团浸入水中后取出，将球团自然风干18h后，再次将球团浸入水中后取出，将球团自然风干18h；以上操作，共进行3次，覆盖水的总质量为球团质量的6％，制得风干后球团，经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为80N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在高温炉中加热到170℃，保温40min脱水；
(2)在氩气气氛下，加热到900℃，保温煅烧50min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为70N。
对比例3
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝粉∶萤石＝100∶14∶3，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为20.50％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量4％的高岭土和3％的水，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为15mm，将球团自然风干18h后，制得风干后球团；经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为25N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在高温炉中加热到170℃，保温40min脱水；
(2)在氩气气氛下，加热到900℃，保温煅烧50min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为25N。
实施例4
炼镁用白云石预制球团的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝粉∶萤石＝100∶12∶3，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为20.50％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量4％的硅酸溶胶，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为20mm；
(3)将球团浸入硅酸溶胶中，之后取出，将球团自然风干20h后，再次将球团浸入硅酸溶胶中，之后取出，将球团自然风干20h；以上操作，共进行4次，覆盖硅酸溶胶的总质量为球团质量的8％，制得风干后球团，经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为90N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在回转窑中加热到180℃，保温45min脱水；
(2)在氮气气氛下，加热到940℃，保温煅烧65min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为90N。
对比例4
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝粉∶萤石＝100∶12∶3，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为20.50％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量4％的硅酸溶胶，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为20mm，将球团自然风干20h后，制得风干后球团；经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为18N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在回转窑中加热到180℃，保温45min脱水；
(2)在氮气气氛下，加热到940℃，保温煅烧65min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为30N。
实施例5
炼镁用白云石预制球团的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝粉∶萤石＝100∶13∶2，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为21.00％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量4％的硅酸溶胶和水的混合物，硅酸溶胶和水比例为1∶1，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为20mm；
(3)将球团浸入聚乙烯醇和水的混合溶液中，并向球团表面喷淋聚乙烯醇和水的混合溶液，之后取出，将球团自然风干21h后，再次将球团浸入聚乙烯醇和水的混合溶液中，并向球团表面喷淋聚乙烯醇和水的混合溶液，之后取出，将球团自然风干21h；以上操作，共进行4次，制得风干后球团，其中，覆盖聚乙烯醇和水的混合溶液的总质量为球团质量的8％，混合溶液中，聚乙烯醇和水的质量比为1∶1，经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为105N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在回转窑中加热到200℃，保温50min脱水；
(2)在氮气气氛下，加热到960℃，保温煅烧80min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为100N；
对比例5
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝粉∶萤石＝100∶13∶2，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为21.00％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量4％的硅酸溶胶和水的混合物，二者比例为任意比，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为20mm，将球团自然风干21h后，制得风干后球团；经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为16N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在回转窑中加热到200℃，保温50min脱水；
(2)在氮气气氛下，加热到960℃，保温煅烧80min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为28N。
实施例6
炼镁用白云石预制球团的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝硅合金粉∶萤石＝100∶14∶2，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为21.50％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量5％的硅酸溶胶和高岭土的混合物，硅酸溶胶和高岭土的质量比为1∶2，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为25mm；
(3)将球团浸入硅酸溶胶和水的混合溶液中，并向球团表面喷淋硅酸溶胶和水的混合溶液，之后取出，将球团自然风干22h后，再次将球团浸入硅酸溶胶和水的混合溶液中，并向球团表面喷淋硅酸溶胶和水的混合溶液，之后取出，将球团自然风干22h；以上操作，共进行5次，制得风干后球团，其中，覆盖硅酸溶胶和水的混合溶液的总质量为球团质量的10％，混合溶液中，硅酸溶胶和水的质量比为1∶2，经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为120N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在流化床中加热到230℃，保温55min脱水；
(2)在氮气气氛下，加热到1000℃，保温煅烧100min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为110N。
对比例6
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝硅合金粉∶萤石＝100∶14∶2，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为21.50％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量5％的硅酸溶胶和高岭土的混合物，二者比例为任意比，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为25mm，将球团自然风干22h后，制得风干后球团；经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为22N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在流化床中加热到230℃，保温55min脱水；
(2)在氮气气氛下，加热到1000℃，保温煅烧100min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为30N。
实施例7
炼镁用白云石预制球团的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝硅合金粉∶萤石＝100∶14∶2，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为21.70％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量5％的硅酸溶胶和水的混合物，硅酸溶胶和水的质量比为2∶1，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为25mm；
(3)将球团浸入硅酸溶胶和聚乙烯醇的混合溶液中，并向球团表面喷淋硅酸溶胶和聚乙烯醇的混合溶液，之后取出，将球团自然风干22h后，再次将球团浸入硅酸溶胶和聚乙烯醇的混合溶液中，并向球团表面喷淋硅酸溶胶和聚乙烯醇的混合溶液，之后取出，将球团自然风干22h；以上操作，共进行5次，制得风干后球团，其中，覆盖硅酸溶胶和聚乙烯醇的混合溶液的总质量为球团质量的10％，混合溶液中，硅酸溶胶和聚乙烯醇的质量比为2∶1，经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为140N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在流化床中加热到250℃，保温60min脱水；
(2)在氮气气氛下，加热到1050℃，保温煅烧120min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为120N。
对比例7
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶铝硅合金粉∶萤石＝100∶14∶2，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料，其中，白云石中MgO质量含量为21.70％；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量5％的硅酸溶胶和水的混合物，二者比例为任意比，通过圆盘造球机制成球团，球团直径为25mm，将球团自然风干22h后，制得风干后球团；经测得，风干后球团承压至球团破裂的压力为17N；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，放在流化床中加热到250℃，保温60min脱水；
(2)在氮气气氛下，加热到1050℃，保温煅烧120min，制得炼镁用白云石预制球团，经测得，预制球团承压至球团破裂的压力为28N。
本发明实施例1～7与对比例1～7制得的风干后球团与预制球团的承压至破裂的压力数据，如表1所示。
表1
Claims (10)
1.一种炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，球团的制备：
(1)按质量比，白云石∶还原剂∶萤石＝100∶(12～14)∶(2～3)，取料，混合均匀，形成均匀混合的原料；
(2)向混合原料中，加入混合原料总质量3～5％的粘结剂，制成球团；其中，粘结剂为聚乙烯醇、水、高岭土、硅酸溶胶中的一种或其中两种的混合物；
(3)在球团表面覆盖粘结剂，将球团自然风干10～24h，制得风干后球团；其中，覆盖的粘结剂为聚乙烯醇、水、硅酸溶胶中的一种或其中两种的混合物，覆盖次数为1～5次，粘结剂总的覆盖质量≤球团质量的10％；
步骤2，球团的煅烧：
(1)将风干后球团，加热到150～250℃，保温30～60min；
(2)在惰性气体或氮气气氛下，加热到850～1050℃，保温煅烧30～120min，制得炼镁用白云石预制球团。
2.根据权利要求1所述的炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，白云石、还原剂与萤石的粒度均小于200目，白云石中MgO质量含量为20.00～21.70％。
3.根据权利要求1所述的炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，还原剂为硅铁粉、铝粉或铝硅合金粉中的一种，纯度大于98％。
4.根据权利要求1所述的炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(2)中，粘结剂为聚乙烯醇、水、高岭土、硅酸溶胶中两种的混合物时，两种物质的比例为任意比。
5.根据权利要求1所述的炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(2)中，球团通过圆盘造球机制得，制成的球团直径为5～25mm。
6.根据权利要求1所述的炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(3)中，在球团表面覆盖粘结剂的方式为喷淋或浸渍，或两种方式相结合。
7.根据权利要求1所述的炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(3)中，制得的风干后球团承压至球团破裂的压力为50～140N。
8.根据权利要求1所述的炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(3)中，粘结剂为聚乙烯醇、水、硅酸溶胶中两种的混合物时，两种物质的比例为任意比。
9.根据权利要求1所述的炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，所述的步骤2(2)中，制得的炼镁用白云石预制球团承压至球团破裂的压力为50～120N。
10.根据权利要求1所述的炼镁用白云石预制球团的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，步骤2(1)和2(2)的操作在高温炉、回转窑或流化床中进行。
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