CN107058762A

CN107058762A - 一种用于冶炼金属镁的球团及其制备方法

Info

Publication number: CN107058762A
Application number: CN201710321081.9A
Authority: CN
Inventors: 张超; 楚化强; 顾明言
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2017-08-18

Abstract

本发明公开了一种用于冶炼金属镁的球团及其制备方法，属于金属镁冶炼领域。本发明的方法所制备的球团，包括煅白粉料、硅铁粉和萤石粉，球团各成分的重量比为：煅白粉料75份～85份、硅铁粉10份～20份、萤石粉2份～10份；成球压力为120kg/cm²～160kg/cm²，球团的孔隙率为20％～40％，球团的等效直径为15mm～25mm，成型球团经过400℃～600℃烘干后成为成品。该球团在竖罐装罐时破碎率低，单位体积原料的产镁量高，降低了吨镁生产成本；而且球团传热效果好，化学反应速率高，适用于硅热法冶炼金属镁的工业化生产。

Description

一种用于冶炼金属镁的球团及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属镁冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种用于冶炼金属镁的球团及其制备方法。

背景技术

目前世界上90％以上的金属镁采用皮江法生产。早期，我国采用传统皮江法的金属镁冶炼企业，生产1吨镁要消耗10吨以上标煤。后来在国家大力宏观调控下，各炼镁厂对皮江法炼镁工艺过程进行节能技术改造，当前国内皮江法炼镁的最高水平是：吨镁能耗5～6吨标煤，还原周期10h～12h，万吨产能建设用地400～500亩、生产用工400～500人，单只还原罐日产原镁约30～40kg，单台还原炉日产镁1～2吨。

与传统皮江法的横式还原罐相比，先发展形势下的竖罐炼镁技术具备很多优势，一些科研机构及企业已经开始进行研究并取得了一定的成果。然而，这些企业或科研单位进行的竖罐技术开发都只是在探索中，未能大规模投入正常生产，且仍面临很多困难。其中，竖罐炼镁技术中，球团入罐时破碎率较大导致出镁量较低，这是目前所面临的的主要困难。由于竖罐炼镁技术中球团入罐时由罐顶倾倒至罐内，而且竖罐高度一般在2米以上，而传统横式还原罐使用的球团在用于竖罐装料时，球团会因为重力的作用与罐壁碰撞或球团之间碰撞而造成较高比例的球团破碎率，此外，球团生产过程中的吸潮问题也是影响出镁率的一大因素。

经过检索发现，现有技术中关于炼镁球团制备技术具有较多的方案公开，如申请号为201410239590.3的专利申请：一种能够提高横罐炼镁效率的炼镁原料球团及其制备方法，该申请案公开了横罐技术中如何提高炼镁回收率的镁球团制备方法，并且采用辊压成型；又如申请号为201210085979.8的专利申请案公开了一种以高镁磷尾矿为原料制备金属镁的方法，在一定压力下将一定配比的原料压制成球团。

上述两个方案中，前者在传统皮江法炼镁球团配料的基础上使用煤粉替代了部分硅铁从而降低了生产成本，后者使用高镁磷尾矿煅白替代传统白云石煅白，解决了工业固体废弃物高镁磷尾矿的利用问题。然而这些方法均是对传统横罐式皮江法的改进，都没有涉及竖式还原罐炼镁技术，更没有涉及用于大型竖式还原罐金属镁冶炼用球团的制备及防破碎技术。

由于在传统横罐炼镁过程中，球团在放入还原罐时基本不会发生较大程度碰撞，不会出现因球团破碎率高而影响生产效率的情况。在横罐技术向竖罐技术发展时，遇到球团倾倒至罐内后破碎严重问题，导致出镁率降低，生产效率下降。因竖罐技术属于发展初期，目前仅有的使用手段是采用托盘将球团缓慢倾倒至还原罐内，这种方法耗时耗力，亟需改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中竖罐炼镁法出镁率低的不足，提供了一种用于冶炼金属镁的球团，本发明的球团具有较大的结构强度，可有效降低球团的破碎率，提高单位体积原料的产镁量，降低了吨镁生产成本；此外，本发明还提供了球团的制备方法，该方法制备的球团传热效果好、破碎率低，适用于硅热法冶炼金属镁的工业化生产。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种用于冶炼金属镁的球团，包括煅白粉料、硅铁粉和萤石粉，球团各成分的重量比为：煅白粉料75份～85份、硅铁粉10份～20份、萤石粉2份～10份；成球压力为120kg/cm²～160kg/cm²，球团的孔隙率为20％～40％，球团的等效直径为15mm～25mm。

在一定压力范围内，随着压力的增加，球团的强度逐步增高，破碎率更小；然而因涉及到金属镁冶炼在高温下的化学反应，不同的球团成型压力会导致不同的化学反应速率，从而影响生产效率，导致压力范围确定的复杂性。

为了既能降低球团破碎率，又能够不影响反应效率，本方案在控制成球压力的同时，对球团的等效直径和孔隙率也做出了限制。通过降低单个球团的等效直径，缩短了球团表面向中心的传热路径，减少了传热时间，且制备的球团孔隙率高于20％，微孔的增多也改善了球团的传热效果，进而提高了反应速率。

本发明选取球团最佳成型压力范围为120kg/cm²～160kg/cm²，既保证了球团装入竖罐时破碎率低于2％，又确保了还原反应的最终出镁率在90％以上，而且不会降低生产效率，具有突出的实质性进步。

进一步地，所述球团的粉料细度分布为：-100目～-150目为60％～80％、-150目～-250目为20％～40％。

通过限定粉料细度分布，保证了还原反应过程中原料和还原剂颗粒的紧密接触，缩短了原子移动路程，同样能够加快化学反应速率。

进一步地，所述球团密度为1.8g/cm³～2.2g/cm³。该密度范围是在本专利选取的粉料细度和成型压力范围下制取大量球团所测的实验值，主要体现球团的成型压力和孔隙率。若球团密度低于1.8g/cm³，则说明球团成型压力过小，还原反应过程中原料和还原剂颗粒的紧密接触度不够，原子移动路程增加，化学反应速率降低；若球团密度高于2.2g/cm³，则说明球团成型压力过大，此时制备的球团孔隙率较低，微孔的减少会恶化球团的传热效果，也会降低反应速率。

进一步地，所述煅白粉料由白云石煅烧而成，其水化活性度不低于25％。

煅白水化活性度理论最高值为37.5％，根据分析实验，选取25％为节点，低于此值产镁效率急剧下降，所以选用煅白水化活性度不低于25％，越接近理论值37.5％效果越好。

进一步地，所述球团在400℃～600℃下烘干。

进一步地，所述还原剂硅铁合金含硅量不低于70％。

进一步地，所述萤石中CaF₂含量不低于95％。

本发明的一种用于冶炼金属镁的球团的制备方法，其制备步骤为：

步骤1、将水化活性度不低于25％的合格煅白粉料、含硅量不低于70％的还原剂硅铁合金粉料和CaF₂含量不低于95％的催化剂萤石粉料进行称重，其比例如下：煅白粉料75份～85份、硅铁合金粉料10份～20份、萤石粉料2份～10份；

步骤2、在称重配比后进行充分混合，置入带筛球磨机进行研磨并筛分出混合物料，所筛分混合物料细度分布为：-100目～-150目为60％～80％、-150目～-250目为20％～40％；

步骤3、把筛分后的物料混合均匀，然后通过高压对辊压球机进行压制成球，球团成型压力为120kg/cm²～160kg/cm²，合格球团等效直径为15mm～25mm。

步骤4、将合格球团在400℃～600℃下烘干1～2小时。

本发明将煅白粉料的水化活性度限定为不低于25％，可以保证还原过程中原料煅白的化学反应活性，确保在较高反应速率下进行。

在硅热法炼镁中，原料煅白吸潮不仅会降低化学反应速率，还会在还原过程中因释放出的水蒸气与硅铁反应导致消耗还原剂，影响最终出镁率，增加了生产成本。

众所周知，传统硅热法炼镁生产过程中解决吸潮的方法有两种，一种方法是使用水化活性度较低的煅白，但水化活性度较低的煅白还原性能也较差，会导致出镁率的下降，增加了吨镁产量成生产本。另一种方法是将球团置入牛皮纸袋中存放，大量牛皮纸袋的使用同样也会增加生产投资。即使采用这两种方法，在空气湿度较大的地方也不能彻底解决煅白吸潮的问题，这也是我国南方无法建立金属镁冶炼工厂及北方厂家夏季停产的原因，严重制约了我国金属镁冶炼行业的发展。

本发明为保证球团较高出镁率，限定了所选原料煅白粉料的水化活性度高于25％。为了将球团入罐前吸收水分量降到最低，本发明采取将成型后的球团在400℃～600℃下烘干1小时以上的措施，不仅可以保证隔绝外界水蒸气，还可以将因煅白吸潮生成的氢氧化镁、氢氧化钙重新分解为煅白，确保煅白不会因吸潮而影响生产效率。本发明提供球团烘干的热源可使用被还原炉排放的高温烟气加热的预热空气，提高能源的重复利用率。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种用于冶炼金属镁的球团，其成球压力控制在120kg/cm²～160kg/cm²，球团的等效直径为15mm～25mm，通过控制成球压力、减小球团直径的方法，使生产出的球团倾倒至还原罐内时破碎率大幅度降低；此外，金属镁冶炼是在高温下的化学反应，不同的球团成型压力会导致不同的化学反应速率从而影响生产效率，而本发明通过减小有效直径和控制孔隙率来控制反应时的热传递，保证化学反应的高效进行，保证了冶炼时的出镁率；

(2)本发明的一种用于冶炼金属镁的球团的制备方法，所制备球团限定原料煅白粉料的水化活性度不低于25％，并在400℃～600℃下烘干，不仅可以保证隔绝外界水蒸气，还可以将因煅白吸潮生成的氢氧化镁、氢氧化钙重新分解为煅白，确保煅白不会因吸潮而影响生产效率；

(3)本发明的一种用于冶炼金属镁的球团的制备方法，将混合物料细度分布限定为：-100目～-150目为60％～80％、-150目～-250目为20％～40％，保证了还原反应过程中原料和还原剂颗粒的紧密接触，缩短了原子移动路程，加快了化学反应速率；通过本发明方法制备的球团传热效果好、破碎率低、化学反应速率高、生产周期短，适用于硅热法冶炼金属镁的工业化生产。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例中准备80份水化活性度为28％的煅白粉料(即煅烧白云石)，17份含硅量为75％的硅铁合金，以及3份CaF₂含量为98％的萤石粉，将上述配料送入带筛球磨机进行混合碾磨筛分，研磨筛分后的混合物料细度分布为：-100目～-150目为80％，-150目～-250目为20％。所筛选的两种细度的粉料经过均匀混合后，由输送机送入高压对辊压球机进行压制成型，球团成型压力在150kg/cm²左右，球团形状为核桃状或椭球状，直径20mm左右，厚度14mm左右，然后将球团在500℃温度下烘干1小时。

所制备球团平均密度为2.0g/cm³，球团的孔隙率为33％。将成品球在高度为6米的还原罐灌顶倾倒至罐内，经检测球团破碎率为2％。对球团内煅白活性度进行检测，检测结果为27.8％。

实施例2

本实施例中准备77份水化活性度为31％的煅白粉料(即煅烧白云石)，15份含硅量为73％的硅铁合金，以及8份CaF₂含量为96％的萤石粉，将上述配料送入带筛球磨机进行混合碾磨筛分，研磨筛分后的混合物料细度分布为：-100目～-150目为76％，-150目～-250目为24％。所筛选的两种细度的粉料经过均匀混合后，由输送机送入高压对辊压球机进行压制成型，球团成型压力在145kg/cm²左右，球团形状为圆球状，直径19mm左右，然后将球团在400℃温度下烘干2小时。

所制备球团平均密度为1.95g/cm³，球团的孔隙率为35％。将成品球在高度为6米的还原罐灌顶倾倒至罐内，经检测球团破碎率为1.8％。对球团内煅白活性度进行检测，检测结果为30.7％。

实施例3

本实施例中准备82份水化活性度为35％的煅白粉料(即煅烧白云石)，14份含硅量为78％的硅铁合金，以及4份CaF₂含量为98％的萤石粉，将上述配料送入带筛球磨机进行混合碾磨筛分，研磨筛分后的混合物料细度分布为：-100目～-150目为65％，-150目～-250目为35％。所筛选的两种细度的粉料经过均匀混合后，由输送机送入高压对辊压球机进行压制成型，球团成型压力在160kg/cm²左右，球团形状为椭球状，直径17mm左右，厚度15mm左右，然后将球团在520℃温度下烘干1.2小时。

所制备球团平均密度为2.16g/cm³，球团的孔隙率为28％。将成品球在高度为6米的还原罐灌顶倾倒至罐内，经检测球团破碎率为1.5％。对球团内煅白活性度进行检测，检测结果为34.8％。

实施例4

本实施例中准备85份水化活性度为26％的煅白粉料(即煅烧白云石)，13份含硅量为80％的硅铁合金，以及2份CaF₂含量为99％的萤石粉，将上述配料送入带筛球磨机进行混合碾磨筛分，研磨筛分后的混合物料细度分布为：-100目～-150目为70％，-150目～-250目为30％。所筛选的两种细度的粉料经过均匀混合后，由输送机送入高压对辊压球机进行压制成型，球团成型压力在156kg/cm²左右，球团形状为枕形，直径22mm左右，厚度15mm左右，然后将球团在580℃温度下烘干1小时。

所制备球团平均密度为2.1g/cm³，球团的孔隙率为30％。将成品球在高度为6米的还原罐灌顶倾倒至罐内，经检测球团破碎率为1.8％。对球团内煅白活性度进行检测，检测结果为26％。

实施例5

本实施例中准备75份水化活性度为33％的煅白粉料(即煅烧白云石)，16份含硅量为76％的硅铁合金，以及9份CaF₂含量为95％的萤石粉，将上述配料送入带筛球磨机进行混合碾磨筛分，研磨筛分后的混合物料细度分布为：-100目～-150目为74％，-150目～-250目为26％。所筛选的两种细度的粉料经过均匀混合后，由输送机送入高压对辊压球机进行压制成型，球团成型压力在130kg/cm²左右，球团形状为杏仁状，直径24mm左右，厚度20mm左右，然后将球团在450℃温度下烘干1.5小时。

所制备球团平均密度为1.82g/cm³，球团的孔隙率为38％。将成品球在高度为6米的还原罐灌顶倾倒至罐内，经检测球团破碎率为1.95％。对球团内煅白活性度进行检测，检测结果为32.6％。

对比例

以现有技术中对比文件2中制备的球团作为对比例，对两者分别进行实验检测，结果如下：

项目	现有技术	本发明方法
			球团等效直径	>30mm	<25mm
球团孔隙率	<15％	>20％
			成球率	92％	99％
竖罐装料破碎率	>10％	<2％
			出镁率	78％	93％
料镁比	>7	<6
			水化活性度下降	>3％	<0.5％

根据该表可知，本发明所制备的镁球团在进行竖罐装罐时破碎率大幅度降低，而且出镁率高，降低了料镁比，减少了吨镁生产成本；此外，本发明中煅白的活性度变化较小，降低了单个球团的等效直径，缩短了球团表面向中心的传热路径，减少了传热时间，且制备的球团孔隙率高于20％，微孔的增多也改善了球团的传热效果，化学反应速率高，生产周期短，适用于硅热法冶炼金属镁的工业化生产。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于冶炼金属镁的球团，包括煅白粉料、硅铁粉和萤石粉，其特征在于：球团各成分的重量比为：煅白粉料75份～85份、硅铁粉10份～20份、萤石粉2份～10份；成球压力为120kg/cm²～160kg/cm²，球团的孔隙率为20％～40％，球团的等效直径为15mm～25mm。

2.根据权利要求1所述的一种用于冶炼金属镁的球团，其特征在于：所述球团的粉料细度分布为：-100目～-150目为60％～80％、-150目～-250目为20％～40％。

3.根据权利要求1所述的一种用于冶炼金属镁的球团，其特征在于：所述球团密度为1.8g/cm³～2.2g/cm³。

4.根据权利要求1所述的一种用于冶炼金属镁的球团，其特征在于：所述煅白粉料由白云石煅烧而成，其水化活性度不低于25％。

5.根据权利要求4所述的一种用于冶炼金属镁的球团，其特征在于：所述球团在400℃～600℃下烘干。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的一种用于冶炼金属镁的球团，其特征在于：所述还原剂硅铁合金含硅量不低于70％。

7.根据权利要求6所述的一种用于冶炼金属镁的球团，其特征在于：所述萤石中CaF₂含量不低于95％。

8.一种用于冶炼金属镁的球团的制备方法，其特征在于，其制备步骤为：

步骤2、在称重配比后进行充分混合，置入带筛球磨机进行研磨并筛分出物料细度为-100目～-150目和-150目～-250目的物料；

步骤3、把筛分后的物料混合均匀，然后进行压制成球，球团成型压力为120kg/cm²～160kg/cm²，合格球团等效直径为15mm～25mm；

步骤4、将合格球团在400℃～600℃下烘干1～2小时。

9.根据权利要求8所述的一种用于冶炼金属镁的球团，其特征在于：步骤2中研磨筛分后的混合物料细度分布为：-100目～-150目为60％～80％、-150目～-250目为20％～40％。

10.根据权利要求8所述的一种用于冶炼金属镁的球团，其特征在于：步骤3中通过高压对辊压球机进行压制成球。