CN111499356A

CN111499356A - 一种电熔镁砂的制备方法

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Publication number: CN111499356A
Application number: CN202010326193.5A
Authority: CN
Inventors: 高岩树; 高岩石; 高岩坡; 张建伟
Original assignee: Haicheng Sanyan Mining Industry Co ltd
Current assignee: Haicheng Sanyan Mining Industry Co ltd
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2020-08-07

Abstract

本发明涉及电熔镁砂生产技术领域，具体是一种电熔镁砂的制备方法，其特征在于：由MgO的制备和还原气氛下电弧炉熔炼两个步骤组成，具体步骤如下：1）MgO的制备：在煅烧过程中均匀喷入碳酸氨气溶胶；2）电弧炉熔炼：于还原气氛下的全自动电熔电弧炉中持续通电熔炼；还原气氛由H₂和氮气混合而成。所述碳酸氨气溶胶中各组分按重量百分比计为：碳酸铵、小苏打、硬脂酸镁、滑石粉、氧化镁混合后共同研磨制成，用压缩空气作喷射动力。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)碳酸铵气溶胶，能够降低熔点，降低煅烧温度，节约能耗。(2)有利于与菱镁矿均匀混合反应，使二氧化碳的充分逸出，从而使得产品的纯度更高。

Description

一种电熔镁砂的制备方法

技术领域

本发明涉及电熔镁砂生产技术领域，具体是一种电熔镁砂的制备方法。

背景技术

电熔镁砂是以优质镁砂为原料经过熔化而制成，由菱镁矿、水镁矿或从海水中提取的氢氧化镁经高温煅烧而成。菱镁矿等镁质原料经高温处理达到烧结程度的产物的统称。用竖窑、回转窑等高温设备一次煅烧或二步煅烧工艺，以天然菱镁矿为原料烧制的镁砂称为烧结镁砂；以菱镁矿等为原料经电弧炉熔炼达到熔融状态冷却后形成的称为电熔镁砂；从海水中提取氧化镁制成的称为海水镁砂。镁砂是耐火材料最重要的原料之一，用于制造各种镁砖、镁铝砖、捣打料、补炉料等。含有杂质较多的，用于铺筑炼钢炉底等。

电熔镁砂是用精选的特A级天然菱镁石或高纯轻烧镁颗粒，在电弧炉中熔融制得。该产品具有纯度高，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。

现有的高纯电熔镁砂熔炼大多直接采用天然菱镁矿或者轻烧氧化镁直接在三相电弧炉中进行熔炼，出炉冷却后即为电熔镁砂。这种电熔镁砂的化学成分大致如下：MgO96-97%、CaO 1-1.5%、SiO₂ 1-2.5%、Fe₂O₃ ≤0.5%、Al₂O₃ ≤0.5%。

现行电熔镁砂熔炼方法存在的缺点主要有：1）熔炼时间长：为了得到更高纯度的大结晶电熔镁砂，只能不断地提高电熔时间，延长保温时间等，这种做法需要消耗更多的电能，生产效率低下；2）添加碎电极作为还原剂：用碎电极作为还原剂，碎电极不易破碎，在生产过程中添加量不准确，添加过多使炉内还原气氛太浓，不能充分燃烧造成能源浪费，添加量过少使炉内还原气氛不充足，不能使氧化铁还原，影响电熔镁砂的产出率。

发明内容

本发明的目的是提供一种电熔镁砂的制备方法，克服现有技术的不足，由于核工业、航天等场合对于电熔镁砂的纯度要求较高，要求氧化镁的含量达到99.9%以上，另外常规的电弧炉熔炼过程时间长，效率低，质量不稳定，在成本和质量方面均无法满足高档镁砂产品的要求。

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下。

一种电熔镁砂的制备方法，其特征在于：由MgO的制备和还原气氛下电弧炉熔炼两个步骤组成，具体步骤如下：

1）MgO的制备：选取尺寸为120-250mm、MgO含量超过45.7%的菱镁矿为原料，于轻烧窑中在915-1120℃下持续煅烧4~8小时，在煅烧过程中均匀喷入碳酸氨气溶胶，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200目筛下，即可得到活性MgO≥60%的MgO粉末；所述碳酸氨气溶胶中碳酸铵的含量不低于85%，其添加量为所述菱镁矿重量的4-8%；

2）电弧炉熔炼：将所述MgO粉末搅拌均匀并压球后，置于还原气氛下的全自动电熔电弧炉中，在2800-3200℃下持续通电熔炼6-24小时，熔炼结束进行保温冷却结晶，然后经分级破碎即可得到优质电熔镁砂；所述还原气氛由H₂和氮气以1：30的体积比混合而成，其中H₂在电熔电弧炉体积中占比为2.6-3.5%。

所述碳酸氨气溶胶中各组分按重量百分比计为：碳酸铵85-90%、小苏打4-8%、硬脂酸镁4-6%、滑石粉1-2%、氧化镁0.5-1%混合后共同研磨制成的120目以下，用3-4个大气压的压缩空气作喷射动力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1) 本发明在制备氧化镁的过程中添加了少量的碳酸铵，能够降低熔点，降低煅烧温度，节约能耗；而且碳酸铵和小苏达与杂质二氧化硅反应能够生成硅酸氨、硅酸钠和二氧化碳，其中二氧化碳在煅烧过程中将全部逸出，硅酸铵和硅酸钠将随着温度的升高而升华，能够有效去除菱镁矿中的二氧化硅杂质，提高氧化镁的含量。另外硬脂酸镁、滑石粉起到润滑剂的作用，氧化镁起到干燥剂的作用，避免粉剂受潮结团。

(2) 本发明碳酸铵以气溶胶的形式在熔炼前加入，有利于与菱镁矿均匀混合反应，使二氧化碳的充分逸出，也使得硅酸铵更充分的升华，从而使得产品的纯度更高，产品的高温耐火性和高温抗冲刷性更好。碳酸铵如在熔炼后添加，则会有部分二氧化硅或硅酸铵包埋在氧化镁固体内部难以去除，使得产品纯度降低。

(3)本发明采用氢气作为还原剂，具有混合均匀、添加量易控制的优点，有效克服了现有技术中采用碎电极存在的杂质含量高、纯度低等诸多问题，能够有效保证电熔镁砂的产出率，具有显著的市场推广价值。氮气与氢气混合后能改善安全性，使煅烧过程更稳定。

(4)本发明电熔镁砂产出率高，且所得的电熔镁砂产品纯度高，MgO含量达到了99.90%以上，且钙硅比达到了2.30以上，与同类产品相比，具有良好的高温耐火性和高温抗冲刷性，能够作为优质高级耐火材料应用于核工业、航天、电子、钢铁、冶金等行业。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚，但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：

1）MgO的制备：选取菱镁矿为原料，于轻烧窑中在1100℃下持续煅烧6小时，在煅烧过程中均匀喷入碳酸氨气溶胶，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200目筛下，即可得到活性MgO≥60%的MgO粉末；碳酸氨气溶胶的添加量为菱镁矿重量的4%；

2）电弧炉熔炼：将MgO粉末搅拌均匀并压球后，置于还原气氛下的全自动电熔电弧炉中，在3000℃下持续通电熔炼12小时，熔炼结束进行保温冷却结晶，然后经分级破碎即可得到优质电熔镁砂；还原气氛由H₂和氮气以1：30的体积比混合而成，其中H₂在电熔电弧炉体积中占比为2.6%。

实施例2：

1)高活性MgO的制备：碳酸氨气溶胶的添加量为菱镁矿重量的5%；

2)电弧炉熔炼：H₂在电熔电弧炉体积中占比为2.9%，其余同实施例1。

实施例3：

1)高活性MgO的制备：碳酸氨气溶胶的添加量为菱镁矿重量的6%；

2)电弧炉熔炼：H2在电熔电弧炉体积中占比为3.2%，其余同实施例1。

实施例4：

1)高活性MgO的制备：碳酸氨气溶胶的添加量为菱镁矿重量的8%；

2)电弧炉熔炼：H₂在电熔电弧炉体积中占比为3.5%，其余同实施例1。

上述实施例中，菱镁矿原料尺寸为120-250mm、MgO含量超过45.7%。碳酸氨气溶胶中碳酸铵的含量不低于85%，其添加量为菱镁矿重量的4-8%。碳酸氨气溶胶中各组分按重量百分比计为：碳酸铵85-90%、小苏打4-8%、硬脂酸镁4-6%、滑石粉1-2%、氧化镁0.5-1%混合后共同研磨制成的120目以下，用3-4个大气压的压缩空气作喷射动力。

对比例1

与实施例1相比，碳酸铵气溶胶在煅烧后再加入。

(1)MgO的制备：选取块度为150mm、MgO含量超过45%的菱镁矿100kg，置于轻烧窑中在900℃下持续煅烧3小时，在煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200目，然后均匀加入浓度为5%的碳酸铵溶液8kg，即可得到的MgO粉末；

(2)电弧炉熔炼：取MgO粉末90kg，并加入高纯石墨粉9kg作为还原剂，搅拌均匀并压球后置于全自动电熔电弧炉中在2800℃下持续通电熔炼6小时，熔炼结束进行保温冷却结晶5天，然后经分级破碎，即可得到低硅电熔镁砂。

对比例2

与实施例1相比，石墨粉添加量为高活性MgO粉末重量的8%。

对比例3

与实施例1相比，碳酸铵气溶胶加入量不同。

(1)高活性MgO的制备：选取块度为100-200mm、MgO含量超过45%的菱镁矿100kg，置于轻烧窑中在900℃下持续煅烧4小时，在煅烧过程中均匀加入浓度为5%的碳酸铵溶液10kg，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200目，即得到的MgO粉末；

(2)电弧炉熔炼：取高活性MgO粉末90kg，并加入高纯石墨粉10kg作为还原剂，搅拌均匀并压球后置于全自动电熔电弧炉中在2800℃下持续通电熔炼6小时，熔炼结束进行保温冷却结晶6天，然后经分级破碎，即可得到低硅电熔镁砂。

成分含量测试试验

分别取上述实施例样品进行成分检测，检测结果统计如下表1。

表1

高温抗冲刷性试验：

将产品制成长*宽*高＝5cm*5cm*2cm的试样，将其置于500℃、700℃的炉内保温5min，再用15g直径为1.5mm的铁球，由高度为0.57m处自由下落，冲击到被加热的试样的5cm*5cm的面上，以模拟液态金属对试样的冲刷。之后将试样自炉中取出冷却至室温，再在显微镜下测出铁球冲刷后的厚度。试验前后试样的厚度差为冲刷深度。深度越大，表示抗冲刷性越差，试验结果如下表2。

表2

高温耐火性试验：

将试验物料作成截头三角锥，上底每边2mm，下底每边8mm，高30mm，截面为等边三角形，以50℃/min的速度加热，三角锥逐步软化，并在重力作用下逐渐弯倒。当其弯倒至顶点与底边接触时，测得的温度即为耐火度。试验结果如下表3。

表3

从以上检验结果可以看出，四个实施例样品中的MgO纯度均达到了99.90%以上，且Ga/Si比达到了2.30以上，与同类产品相比，具有良好的高温耐火性和高温抗冲刷性，能够作为优质高级耐火材料应用于核工业、航天、电子、钢铁、冶金等行业。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电熔镁砂的制备方法，其特征在于：由MgO的制备和还原气氛下电弧炉熔炼两个步骤组成，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种电熔镁砂的制备方法，其特征在于，所述碳酸氨气溶胶中各组分按重量百分比计为：碳酸铵85-90%、小苏打4-8%、硬脂酸镁4-6%、滑石粉1-2%、氧化镁0.5-1%混合后共同研磨制成的120目以下，用3-4个大气压的压缩空气作喷射动力。