CN115231580B - 一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法 - Google Patents

一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法 Download PDF

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Abstract

一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，涉及一种尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法。该方法包括菱镁矿浮选尾矿原料的预处理、轻烧、高温烧结等工序。解决了镁橄榄石需要多种原料、混合均匀性低、压块烧结传热效率低等导致的二氧化硅转化不彻底、镁橄榄石和镁砂的性能差等问题。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，极大降低了烧结温度，缩短了烧结时间，进而提高了系统的处理能力，降低了烧结镁橄榄石和镁砂的生产成本，且同时生产镁橄榄石和镁砂两种产品。在解决菱镁矿浮选尾矿处理难的问题同时还可以获得制备高端碱性复合耐火材料的高品质镁橄榄石和烧结镁砂原料。

Description

一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法
技术领域
本发明涉及一种尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，特别是涉及一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法。
背景技术
以菱镁矿为原料制备的镁质材料广泛应用于钢铁、冶金、建材、国防、医疗器械、水泥和玻璃等领域。近年来，随着钢铁和冶金等冶炼技术的进步，对优质镁质耐火材料产量和质量的要求进一步提高。菱镁矿的大量开采导致现有资源品质不断下降，已经很难满足优质镁质耐火材料制备的需求。为了提高菱镁矿石的品质，我国越来越多的企业已开始采用浮选工艺来提高菱镁矿中氧化镁（MgO）的质量分数。然而，采用浮选工艺会产生大量（约浮选原料的30%）固体废弃物，即菱镁矿浮选尾矿，其中大多含60-70% MgO、20-30%二氧化硅（SiO2）和其它微量杂质。
为了探索高效利用菱镁矿浮选尾矿的有效途径，有研究者试图以其作为脱硫剂净化锅炉烟气，但效果并不理想，并且由于经济性较低而难以规模化使用。目前，由于没有成熟的菱镁矿浮选尾矿的高值化利用技术，大量尾矿作为固废堆积，占用土地资源、污染地表水、地下水及大气环境的同时也导致菱镁资源的巨大浪费。
菱镁矿浮选尾矿的两种主要成分（MgO和SiO2）是人工合成镁橄榄石（Mg2SiO4或2MgO·SiO2）的原料。镁橄榄石具有熔点高、热膨胀系数低、化学稳定性好等优点，是一种优良的碱性耐火材料[15-19]。作为碱性耐火材料，镁橄榄石与大多数耐火材料（如烧结镁砂）具有良好的相容性，可广泛应用于玻璃窑蓄热室及炼钢炉炉衬部位。
因此，如果将菱镁矿浮选尾矿的主要成分直接应用于合成镁橄榄石和烧结镁砂复合材料，不仅可以解决菱镁矿浮选尾矿处理难的问题，还可以获得制备高端碱性复合耐火材料的高品质镁橄榄石和烧结镁砂原料，这对支持菱镁产业技术升级发展具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，本发明将菱镁矿浮选尾矿的主要成分直接应用于合成镁橄榄石和烧结镁砂复合材料，不仅可以解决菱镁矿浮选尾矿处理难的问题，还可以获得制备高端碱性复合耐火材料的高品质镁橄榄石和烧结镁砂原料。同时解决传统制备方法中对尾矿进行压块处理的制约，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，从而提高低品位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：
一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，所述方法包括以下制备过程：
细颗粒状的菱镁矿浮选尾矿原料依次通过预处理、轻烧和重烧，直接烧结制得镁橄榄石和镁砂产品；所述的原料为菱镁矿浮选尾矿；所述预处理是将菱镁矿浮选尾矿烘干及破碎工序；所述的轻烧是利用流化床对预处理后的细颗粒状菱镁矿浮选尾矿进行轻烧，使原料中的MgCO3分解成多孔的活性MgO；所述重烧是利用流化床/移动床对轻烧后的MgO和原料原有的SiO2进行高温烧结，使得原料中的MgO 和SiO2充分反应，从而制备镁橄榄石和镁砂。
所述的一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，所述方法利用了菱镁矿浮选尾矿中富含MgO和SiO2两种制备镁橄榄石原料的特点，细颗粒状菱镁矿浮选尾矿为原料烘干破碎后直接制得。
所述的一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，所述方法的预处理是将菱镁矿浮选尾矿进行脱水烘干，例如但不限于热烟气干燥、真空干燥、高热水蒸气干燥以及机械脱水干燥方法，受干燥方法的不同，干燥后大块产物可能需要破碎成小颗粒或粉状。
所述的一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，所述方法的轻烧是将预处理后的原料进行轻烧，轻烧装置最优选的为流化床或移动床，轻烧温度例如但不限于700-1100 ℃，优选的900 ℃。
所述的一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，所述方法的高温烧结是将轻烧后的尾矿在流化床/移动床煅烧炉内进行煅烧；煅烧温度例如但不限于1400-1600 ℃，优选的1500℃；煅烧时间低于传统高温竖窑所需的数小时，例如但不限于<30 min，优选的<5 min，更优选的<1 min。
所述的一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，所述方法制备的产品为镁橄榄石和镁砂两种耐火材料，含量比例受原料中MgO和SiO2的比例影响，MgO/SiO2转化率>理论转化率的95%。
本发明的优点与效果是：
其一，提供一种菱镁矿浮选尾矿直接烧结同时制备镁橄榄石和镁砂的方法，解决了传统技术需对多种原料进行混合压块的制约，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进行物料直接烧结制备镁橄榄石和镁砂的工艺，流化床可以替代竖窑装置，成为未来菱镁矿浮选尾矿的主要处理工艺。
附图说明
图1提供了本发明的工艺流程图；
图2-1 烧结温度为1500 ℃和1600 ℃时，不同时间制得样品的XRD谱图；
图2-2 反应温度1500 ℃（a）和1600 ℃（b）时，不同反应时间所得样品的形貌特征图片。
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。
本发明细颗粒的菱镁矿浮选尾矿原料烘干破碎成细颗粒或粉状后，先在700-1100℃移动床/流化床中进行热分解，使原料中的MgCO3分解成多孔MgO，再在1400-1600℃的高温流化床/移动床中烧结数分钟（1-10 min）同时制备镁橄榄石和镁砂（即致密MgO），得到的产品可直接用于耐火材料。
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式，见附图1。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。
预处理：将菱镁矿浮选尾矿原料在110 ℃烘干12 h后，对其进行破碎，直接作为流化床的烧结原料使用；
轻烧：被预处理后的菱镁矿浮选尾矿进入流化床轻烧装置内，使轻烧温度控制在800 ℃，轻烧时间控制在1 min，得到二氧化硅和活性氧化镁，作为原料进入下一环节。；
高温烧结：轻烧后的尾矿在1500-1600℃的流化床内进行高温烧结，煅烧5 min成为理想的镁橄榄石和镁砂产品。烧结产品的XRD谱图和SEM图见图2。
原料组成见表1：
表1 浮选尾矿物质组成
烧结产品组成见表2，可看出反应温度和时间对样品组成影响不大，制得样品以镁橄榄石和烧结镁砂为主，两者之和平均约94%，其余约6%为原料中杂质反应生成的物质（如镁铝尖晶石等）；进一步分析表明，原料中97.5%以上的SiO2与MgO反应生成了镁橄榄石，而其余则转化为其它微量成分。
表2，实施例部分实验产物样品检测数据
。

Claims (1)

1.一种细颗粒状菱镁矿浮选尾矿烧结制备镁橄榄石和镁砂方法，其特征在于，所述方法包括以下制备过程：
细颗粒状的菱镁矿浮选尾矿原料依次通过预处理、轻烧和重烧，直接烧结制得镁橄榄石和镁砂产品；所述的原料为菱镁矿浮选尾矿；所述预处理是将菱镁矿浮选尾矿烘干及破碎工序；所述的轻烧是利用流化床对预处理后的细颗粒状菱镁矿浮选尾矿进行轻烧，使原料中的MgCO3分解成多孔的活性MgO；所述重烧是利用流化床/移动床对轻烧后的MgO和原料原有的SiO2进行高温烧结，使得原料中的MgO 和SiO2充分反应，从而制备镁橄榄石和镁砂；
所述的轻烧是将预处理后的原料进行轻烧，轻烧温度为700-1100 ℃；
所述的重烧是将轻烧后的尾矿在流化床/移动床煅烧炉内进行煅烧；煅烧温度为1400-1600 ℃；煅烧时间低于传统高温竖窑所需的数小时，为<5 min；
所述方法制备的产品为镁橄榄石和镁砂两种耐火材料，含量比例受原料中MgO和SiO2的比例影响，MgO/SiO2转化率>理论转化率的95%。
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