CN112250324B - 一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法 - Google Patents

Abstract

一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，涉及一种制备烧结镁砂方法，该方法小粒径菱镁矿传热以及CO2的排出更快速，解决了传统反射炉轻烧和竖窑重烧因使用的大颗粒菱镁矿传热难，外部温度高于内部温度，颗粒内外分解和晶型转变程度不一致，导致的轻烧氧化镁活性低和重烧后的镁砂密度不高等问题，提高了菱镁资源的利用率。尤其是解决了传统技术煅烧时间长和重烧温度高的问题。该方法利用流化床/移动床热交换速率快、产量大以及颗粒受热均匀等特点，降低了烧结温度，缩短了烧结时间，进而提高了系统的处理能力，降低了烧结镁砂的生产成本，还可根据需要同时生产活性氧化镁和烧结镁砂两种产品。

Description

一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法

技术领域

本发明涉及一种制备烧结镁砂的方法，特别是涉及一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法。

背景技术

菱镁矿是一种以碳酸镁为主要矿物组成的矿产资源，中国的菱镁矿储量约30亿吨，在世界上排第一位，主要分布在辽宁和山东省内，其中辽宁占90%以上。菱镁矿在不同温度下煅烧、熔融后的产物有轻烧氧化镁、重烧氧化镁和电熔氧化镁。其中重烧镁砂（又称烧结镁砂）是重要的耐火材料原料，广泛应用于钢铁冶金、建材、有色金属冶炼等高温行业，占整个镁质耐火材料的40%以上，耐火材料的质量对钢铁这些高温行业技术发展起着关键作用。其中 MgO 质量分数大于 99% （国内一般指 MgO质量分数大于98%），体积密度大于3.30g/cm³的烧结镁砂又称高纯镁砂。

高纯镁砂熔点高达2825℃，具有良好的耐高温、耐腐蚀性及保温特性，是性能优良的耐火材料，广泛应用于钢铁、冶金、建材、国防、医疗器械、水泥、玻璃等诸多领域和行业。近年来，随着钢铁、冶金行业冶炼技术的进步，对高纯镁砂的产量和质量也提出了更高的要求。

采用菱镁矿轻烧、细磨、高压压球和死烧的“二步煅烧”工艺，可生产出高纯镁砂。目前我国高纯镁砂的生产工艺均采用优质菱镁矿为原料，经以煤气为燃料的反射炉轻烧后，再将轻烧镁粉细磨成粉，要高压压球机干法压球，最后在以重油为燃料的高温竖窑内进行煅烧。通过浮选工艺提高氧化镁纯度，多层炉轻烧，液化天然气为燃料高温竖窑煅烧，可生产出的优级高纯镁砂。但是，该技术对菱镁矿原料品质的要求高，只能使用块状的优质原料，大量粉粒状以及中低品质菱镁矿资源被废弃，且竖窑内重烧所需温度高、时间长、能耗高，干法压球设备产量低，粉尘污染严重。

因此研发一种原料适应性好、生产工艺灵活、节能环保、烧结速率高的烧结镁砂制备方法十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，本发明解决传统烧结镁砂制备方法对菱镁矿品质和粒度有苛刻要求的制约，降低菱镁矿制备烧结镁砂所需的煅烧温度、缩短煅烧时间、提高煅烧效率，从而提高菱镁矿的资源利用率，助推我国菱镁产业技术升级。。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，所述方法包括以下制备过程：

粉粒菱镁矿依次通过预热、轻烧、重烧、热量回收、分选提纯以及烟气净化处理，两步（轻烧和重烧）制得烧结镁砂产品；所述的原料可为天然菱镁矿粉或块状菱镁矿粉碎后制得；所述预热是利用菱镁矿轻烧和重烧后的高温烟气对菱镁矿原料进行预加热；所述轻烧是利用流化床/移动床对预热后的粉粒菱镁矿进行轻烧，使MgCO₃分解排出CO₂得到高纯度、多孔的活性MgO，可作为单独产品，也可作为下步工序的原料；所述重烧是利用流化床/移动床对轻烧后的MgO进行重烧，使其晶型发生转变，从而制备成高纯度的烧结镁砂；所述热量回收是利用空气将高温状态的烧结镁砂进行降温，升温后的空气作为流化床/移动床的流化气和助燃气；所述的分选提纯是指煅烧装置内使用煤粉作为燃料时，将掺混在烧结镁砂中的煤灰依靠其与镁砂的粒度和密度差异，采用粒度分级或重力分选等装置去除；所述烟气净化是对重烧过程燃料燃烧产生的烟气进行脱硫、脱硝以及除尘环保手段，使排到大气中的气体满足环保要求，另外，在此过程中或根据菱镁矿煅烧产生CO₂浓度和市场需求情况对CO₂进行收集作为系统副产品。

所述的一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，所述粉粒菱镁矿为天然粉或块状菱镁矿粉碎后制得，粒度例如但不限于0-3mm，优选地，0-1mm，更优选的0-0.2mm，远小于传统轻烧反射炉、重烧竖窑和电熔炉所使用的20-300mm。

所述的一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，所述预热是使用两段煅烧装置排出的热烟气对粉粒菱镁矿原料通过换热装置进行加热，降温后的烟气温度例如但不限于<200℃；换热装置为板式、管式非接触换热器，或为直接接触式的换热装置，例如流化床、移动床、逆流输送床，优选移动床换热。

所述的一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，所述轻烧，为预热后的粉粒状菱镁矿被给入流化床/移动床煅烧炉内进行煅烧，炉内热量由喷入的燃料提供，燃料为燃气或煤粉，优选地，燃气，燃料燃烧所需的氧气由煅烧炉底部进入的流化气体提供。通过解决流化气体、燃料、菱镁矿原料的量实现菱镁矿快速热量传递和分解；轻烧温度例如但不限于<1000℃，优选的<900℃，更优选的<800℃；轻烧时间低于传统反射炉或多层炉所需的数小时，例如但不限于<5分钟，优选地<1分钟，更优选低<10秒钟。

所述的一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，所述重烧，为轻烧后的活性氧化镁被给入流化床/移动床煅烧炉内进行煅烧，炉内热量由喷入的燃料提供，燃料为燃气或煤粉，优选地，燃气，燃料燃烧所需的氧气由煅烧炉底部进入的流化气体提供；通过调节流化气体、燃料、活性氧化镁的量实现菱镁矿在特定温度下的快速热量传递和晶型转变；重烧温度低于传统竖窑和电熔炉所需的最低温度1800℃，例如但不限于<1600℃，优选的1400℃；重烧时间低于传统竖窑和电熔炉所需的数小时，例如但不限于<0.5小时，优选地<5分钟，更优选低<1分钟。

所述的一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，所述热量回收是使用空气对高温状态的烧结镁砂通过换热装置进行冷却，冷却后的镁砂温度例如但不限于<200℃；换热装置为板式、管式非接触换热器，或为直接接触式的换热装置，例如流化床、移动床、逆流输送床，优选移动床换热。

所述的一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，所述分选提纯是指在煅烧装置中燃料为煤粉时，根据煤灰与烧结镁砂密度/粒度的差异，采用粒度分级或重力分选手段去除混杂在镁砂中的煤灰，从而实现镁砂纯度的提升；当燃料为气体燃料时不需要该环节。

所述的一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，所述烟气净化是对燃料燃烧产生的烟气进行脱硫、脱硝以及除尘，使排到大气中的气体满足环保要求，另外，在此过程中也可根据菱镁矿煅烧产生CO₂浓度和市场需求情况对CO₂进行收集作为系统副产品；排放的气体指标例如但不限于：氮氧化物（NOx）排放浓度<50mg/Nm³（6%O₂）；二氧化硫（SO₂）排放浓度<30mg/Nm³（6%O₂）；粉尘排放浓度<20mg/Nm³（6%O₂）。

所述的一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，所述该方法的产品，为活性氧化镁和烧结镁砂两个，或只生产其中一种。

本发明的优点与效果是：

其一，提供了一种能够使用粉粒状菱镁矿制备烧结镁砂的方法，解决了传统技术不能使用粉粒物料的制约，提高了菱镁矿资源利用率；

其二，降低了煅烧温度、缩短了煅烧时间，因此，大幅提高了系统处理能力，降低了生产成本；

其三，提出了一种利用流化床/移动床进行物料轻烧+重烧的工艺，有望替代传统反射炉轻烧+竖窑重烧成为未来菱镁矿的主要处理工艺。

附图说明

图1提供了大颗粒菱镁矿烧结机理模型，既说明了本发明的创新思想来源，也揭示了本发明与传统装置相比具有优势的根本原因；

图2示出了根据本发明的一个实施例的菱镁矿制备烧结镁砂流程图；

图3示出了根据本发明的工艺流程图（摘要附图）。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。

菱镁矿轻烧制备活性氧化镁是靠MgCO₃的分解排出CO₂形成的多孔道的颗粒，菱镁矿重烧制备高密度烧结镁砂靠的是晶型转变，但归根结底颗粒内部不管是菱镁矿热分解产生的CO₂气体还是晶体间隙内的气体快速排出是关键，因此，申请者认为造成菱镁矿轻烧和重烧（包括电熔）速率慢的主要原因，应该是颗粒内外温度差异导致。众所周知，菱镁矿轻烧粉和重烧粉都是耐火材料，具有优秀的隔热性能，这就说明热量极难通过颗粒外层传递到颗粒内部，导致颗粒内外温度差异大，或者颗粒内部较外部后达到目标温度。先达到目标温度的最外层，晶体先转变为致密结构，导致相对更靠近颗粒中心的颗粒层在较晚一些时间达到目标温度后也很难将气孔中的气体穿过致密的外层晶体排出。为使内部也达到致密结构，传统技术都是延长时间或者提高温度，增加气体排出的机会来达到目的。但，提高温度后，颗粒表层会出现熔融现象，导致颗粒表明没有气体通过的孔道，当内部气体量足够小时，不能提供足够其穿透融入层的动力时排气就会停止，晶型转变也宣告结束。概况起来菱镁矿重烧主要问题主要有：1）热量在颗粒内部传递难，颗粒内部较外部后达到目标温度；2）颗粒内部较外部后达到致密晶型；3）颗粒内部孔道内气体穿过外层致密晶体层和颗粒外部熔融层难。

因此，本发明采用高温流化床/移动床进行菱镁矿煅烧，使用细粒菱镁矿为烧结原料，极大程度上使颗粒内外部温度保持一致或较小差距，内层孔道气体与外层气体基本同时排出，且内部气体排出路径大大缩短，因而，不需要很高的温度就可以快速的实现菱镁矿分解和晶型转变的目的。

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式，见附图2。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

预热：10t/h粒度0-1mm的菱镁矿原料，在移动床中被热烟气加热至300℃左右，热烟气温度降为200℃左右；

轻烧：被预热后的菱镁矿进入流化床轻烧装置内，与之同时进入的还有回收了高温烧结镁砂热量的热空气和天然气，天然气燃烧提供菱镁矿煅烧所需热量，控制天然气和空气量，使轻烧装置内温度控制在800℃，此时天然气量约500m3/h，空气量约5000m3/h。煅烧10秒钟形成理想的活性氧化镁（MgO纯度>97%）,既可作为单独产品也可作为重烧原料进入下一环节；

重烧：活性氧化镁粉粒进入流化床重烧装置内，与之同时进入的还有回收了高温烧结镁砂热量的热空气和天然气，天然气燃烧提供菱镁矿煅烧所需热量，控制天然气和空气量，使重烧装置内温度控制在1400℃，此时天然气量约500m3/h，空气量约5000m3/h。煅烧10分钟形成理想的烧结镁砂（MgO含量>98%,体积密度>3.3g/cm3）；

余热利用：1400℃的高温烧结镁砂与空气在移动床内进行热交换，温度降为200℃排出形成最终产品；吸收了烧结镁砂热量的空气温度由20℃提高至约800℃分别进入轻烧和重烧装置，作为流化气和天然气的助燃气；

烟气净化：被菱镁矿原料冷却后的烟气温度约200℃，进入烟气净化装置脱硝、脱硫和除尘后排放到大气中。

Claims (1)

1.一种粉粒状菱镁矿两步法制备烧结镁砂的方法，其特征在于，所述方法包括以下制备过程：

粉粒状菱镁矿依次通过预热、轻烧、重烧、热量回收、分选提纯以及烟气净化处理，两步制得烧结镁砂产品，即轻烧和重烧；所述的粉粒状菱镁矿为天然菱镁矿粉或块状菱镁矿粉碎后制得；

所述预热是利用菱镁矿轻烧和重烧后的高温烟气对粉粒状菱镁矿通过换热装置一进行预加热，降温后的烟气温度<200℃；换热装置一为板式、管式非接触换热器，或为直接接触式的换热装置；

所述轻烧是利用轻烧装置流化床煅烧炉对预热后的粉粒状 菱镁矿进行轻烧，使MgCO₃分解排出CO₂得到高纯度、多孔的活性MgO，作为单独产品和/或作为下步工序的原料；

所述轻烧，为预热后的粉粒状菱镁矿被给入流化床煅烧炉内进行煅烧，炉内热量由喷入的燃料提供，燃料为燃气或煤粉，燃料燃烧所需的氧气由流化床煅烧炉底部进入的流化气体提供；通过调节流化气体、燃料、粉粒状菱镁矿的量实现菱镁矿快速热量传递和分解；轻烧温度<800℃；轻烧时间＜5分钟；

所述重烧是利用重烧装置流化床煅烧炉对轻烧后得到的活性MgO进行重烧，使其晶型发生转变，从而制备成高纯度的烧结镁砂；

所述重烧，为轻烧后得到的活性氧化镁被给入流化床煅烧炉内进行煅烧，炉内热量由喷入的燃料提供，燃料为燃气或煤粉，燃料燃烧所需的氧气由流化床煅烧炉底部进入的流化气体提供；通过调节流化气体、燃料、活性氧化镁的量实现菱镁矿在特定温度下的快速热量传递和晶型转变；重烧温度低于1400℃；重烧时间＜0.5小时；

所述热量回收是使用空气对高温状态的烧结镁砂通过换热装置二进行冷却，冷却后烧结的镁砂温度<200℃；换热装置二为板式、管式非接触换热器，或为直接接触式的换热装置，升温后的空气作为流化床煅烧炉的流化气和助燃气；

所述分选提纯是指在煅烧装置中燃料为煤粉时，根据煤灰与烧结镁砂密度/粒度的差异，采用粒度分级或重力分选手段去除混杂在镁砂中的煤灰，从而实现烧结镁砂纯度的提升；当燃料为燃气时不需要分选提纯环节；

所述烟气净化是对重烧过程燃料燃烧产生的烟气进行脱硫、脱硝以及除尘环保手段，使排到大气中的气体满足环保要求，另外，在此过程中或根据菱镁矿煅烧产生CO₂浓度和市场需求情况对CO₂进行收集作为系统副产品；

所述粉粒状菱镁矿的粒度为0-0.2mm。

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