以白云石为原料煅烧金属镁的工艺研究.pdf

第 30 卷第 6期 Vol130 No 16 长春师范学院学报 自然科学版 Journal of Changchun Normal UniversityNatural Science 2011 年 12 月 Dec. 2011 以白云石为原料煅烧金属镁的工艺研究 王 冲1, 2, 刘玉华2, 陈永弟2 1. 长春师范学院, 吉林长春 130032; 2. 吉林大学材料科学与工程学院, 吉林长春 130022 [ 摘 要] 本文以白云石为原料煅烧金属镁的工艺研究, 旨在克服现存工艺方法中的镁还原效率低、 能耗大、生产周期长和污染严重的问题。该工艺方法包括破碎白云石、真空低温轻煅与二氧化碳回收 利用、冷却并回收热量、混合配料球磨、混合料制团、真空高温热还原和取镁块及炉渣利用。真空低 温轻煅是利用连续式真空煅烧炉将经过破碎的白云石在煅烧温度为 500 1000e 和炉内压力为 10000 60000Pa 的条件下轻煅1 3h, 白云石中的MgCO3与CaCO3依次分解, 得到二氧化碳与氧化镁和氧化钙 的混合物。在炉内流动并加热白云石的二氧化碳被回收利用。 [ 关键词] 白云石; 煅烧; 金属镁 [ 中图分类号] TG156 [文献标识码] A [ 文章编号] 1008- 178X201106- 0042- 04 [ 收稿日期] 2011- 10- 13 [ 作者简介] 王 冲 1980- , 男, 吉林农安人, 长春师范学院助理研究员,吉林大学材料科学与工程学院博士研究生, 从 事金属材料理论应用研究。 在我国, 尤其在吉林长白山地区,白云石矿产资源丰富,矿石品质优良。仅白山市白云石资源,已探明 控制的基础储量就有 7000万吨,其潜在资源量达 16319 亿吨。目前,白云石制备原镁的冶炼方法主要是硅 热法[1] 发名人为加拿大的L1M1Pidgeon 教授,因而又称之为皮江法 。这种方法主要是将白云石在高温条 件下煅烧, 以硅铁做还原剂,在一定真空度和温度下, 将经过高温煅烧的白云石还原成镁蒸气后再经过冷凝 得到金属镁。缺点是煅烧温度高,能耗高,镁回收率低,生产周期长, 经济效益差, 环境污染严重等[2]。 长期以来,由于生产金属镁的加工工艺比较粗放, 生产出来的镁金属系列产品达不到国际标准,使得我 国在某些尖端的镁金属需求行业中只能依靠国际进口。白云石资源在热分解过程中利用率低, 损耗大, 而且 随着白云石的开采量越来越大, 环境破坏严重。相关资料显示[ 3],近年来, 在白云石矿产资源开发利用过程 中产生的尾矿、煤矸石、粉煤灰和冶炼渣己成为排放量最大的工业固体废弃物,占固体废弃物总量的 80 左右, 仅金属矿山尾矿堆积就达 50亿吨,并以每年 5 亿吨的速度增长,处理费用在 1 10 元/ 吨之间。固体 废弃物排放占用大量的土地,严重影响生态环境。 因此, 提出一套比较精细的白云石加工方案, 不仅能够推进 / 三化0、/ 三动0 战略的实施,而且对于充 分利用长白山地区白云石资源, 减轻环境负担,优化工业结构和加快经济发展起着十分重要的作用。 1 工艺原理 第一, 真空低温轻煅与二氧化碳回收利用。 1 利用连续式真空煅烧炉将经过破碎的白云石颗粒在煅烧温度为 500 1000e 和炉内压力为 10000 60000Pa 的条件下轻煅 1 3h,白云石颗粒中的MgCO3与 CaCO3依次分解,反应式为 CaMg CO32 CaCO3 MgO CO2{ 和 CaCO3 CaO CO2{ 。 在连续式真空煅烧炉内得到二氧化碳,在连续式真空煅烧炉尾端得到煅烧的氧化镁和氧化钙的混合物, 即所谓的煅白。 2 连续式真空煅烧炉内产生的二氧化碳向炉前端流动并与向后运动的白云石颗粒进行热交换, 加热向 42 后运动的白云石颗粒, 降温后的二氧化碳气体从炉前端的收集口进入二氧化碳收集系统, 回收的二氧化碳作 为生产尿素和碳酸氢铵肥的原料继续利用。 第二, 冷却并回收热量。 将温度为 900 1000e 的煅白从连续式真空煅烧炉出料后, 直接进入充满非氧化性保护气体的热交换器 中冷却,进行热量回收,冷却之后的煅白温度为 23 2e 。 第三, 本工艺混合配料球磨与混合料制团步骤均在充满非氧化性保护气体的设备中进行, 所述的非氧化 性保护气体是指二氧化碳气体、氮气或者是氩气。 第四, 本工艺混合配料球磨包括 1 将室温状态的煅白与还原剂、熔剂[ 4]直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中混合成混合料;所 述的还原剂是按重量百分比含 50 95 Si 的硅铁; 所述的熔剂是按重量百分比含 CaF2 94 的萤石,萤 石按重量百分比占氧化镁与氧化钙混合物和硅铁量的 3 2 在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将混 合料进行研磨。研磨介质一般为高铬钢球,混合料与研磨介质和球磨罐之间的体积比为 1B2 215B415 5, 行星球磨机转速为 400 50rpm。研磨后混合料粒度小于 0115mm。 第五, 本工艺的混合料制团是指在非氧化性保护气体中, 在 137219 105 1471 10 5Pa 的压力下采用压 球机将混合料压成球团,容重 1195 2105gcm- 3,再用充满非氧化性保护气体的容器将压成的球团密封保 存。 第六, 本工艺的真空高温热还原包括 1 耐热合金还原罐经过烘烤后, 向耐热合金还原罐中加入混合料球团,然后依次装入隔热板、镁结晶 器与钾钠捕集器, 再封盖。 2 耐热合金还原罐以 5 15 e / min 的升温速度升温至 1100 1200e ,再将耐热合金还原罐抽真空,压 力控制在 1 13Pa,还原 4 6h,发生还原反应, 当还原剂为含 50 95Si 的硅铁时,反应式为 2MgOCaO Si Fe 2Mg { 2CaOSiO2 Fe , 得镁蒸气。 第七, 本工艺取镁块及炉渣利用包括 1 镁蒸气进入冷凝器冷凝, 冷凝器温度[5]控制在 560 580e ,当冷凝器内剩余压力 94 的萤 石; 所述的混合料是按摩尔比配备的,还原剂与氧化镁的摩尔比为 SiBMgO 015 018mol,萤石按重量百分 比占氧化镁和氧化钙混合物与硅铁量的 3 。 5 混合料制团 在非氧化性保护气体中,用压球机在压形压力为 137219 105 1471 105Pa 下将混合料压成核桃形球 团,容重 1195 2105gcm- 3,再用充满非氧化性保护气体的容器密封保存。 6 真空高温热还原 耐热合金还原罐经过烘 烤 后,向其中加入混合料球团, 然后依次装入隔热板、镁结晶器、钾钠捕集 器,再封盖。以 5 15e / min 的升温速度升温至 1100 1200e ,将耐热合金还原罐抽真空,压力控制在 1 13Pa,还原 4 6h, 发生还原反应, 当还原剂为含 50 95Si 的硅铁时,反应式为 2MgOCaO Si Fe 2Mg { 2CaOSiO2 Fe , 得镁蒸气,镁蒸气进入真空冷凝,冷凝器温度控制在 560 580e 。 7 取镁块及炉渣利用 当冷凝器内剩余压力 5Pa 后,关闭真空泵,冷却至室温下,打开耐热合金还原罐使其内部变为非真 44 空,从冷凝器上收集到结晶良好的高纯金属镁块, 同时将耐热合金还原罐内残渣经粉磨后制成硅酸钙肥和铸 型硬化剂, 整个热还原过程为 4 6h。 3 工艺特点 本工艺是以皮江法为基础进行设计的,与传统工艺相比,本工艺的特点是 1 在硅热法炼镁的基础上将白云石颗粒煅烧的工艺过程放在连续式真空煅烧炉中进行,分解温度降 低,反应周期缩短。 2 煅烧产物二氧化碳与白云石颗粒反向流动换热,能耗降低 10 ,且煅烧产物二氧化碳回收作为生 产尿素和碳酸氢铵肥的原料继续利用,避免环境污染。 3 高温煅白通过热交换器冷却, 没有热量损耗。 4 高温煅白在非氧化性保护气氛中进行冷却回收、混合、球磨、制团、装罐后直接进行真空还原,反 应效率提高, 反应速度加快,金属镁纯度明显增高。 5 炉渣粉磨利用, 制成硅酸钙肥和铸型硬化剂,科学环保, 工艺过程时间缩短。这种方法经济效益显 著,镁的还原率在 90以上,金属镁块纯度在98 以上。 4 结语 本工艺方法是一套比较精细的白云石加工工艺,方法科学, 过程节能、环保、绿色。与传统的桂热法炼 镁工艺相比, 工艺周期缩短 3 4h,吨煅白能耗在 180kg 左右标煤[6],能耗降低 10 ,镁的还原率在 90 以 上。金属镁块纯度在 98 以上。整个工艺过程环保, 污染低,对充分利用长白山地区白云石资源,优化我 省工业结构和拉动经济增长具有重要意义。 [ 参 考 文 献] [1] 阎守义. 我国皮江法炼镁的现状与分析[ J] . 轻金属, 20056 . [2] 韩继龙, 孙庆国. 金属镁生产工艺进展[J]. 盐湖研究, 2008, 164. [3] 于旭光, 邱竹贤. 镁工业生产及应用的现状和展望[J]. 材料与冶金学报, 2003, 23. [4] 藏镜淳. 中外皮江法炼镁比较[ C] . 中国镁业发展高层论坛论文集, 20046. [5] 刘金平, 杨雪春, 谢水生. 皮江法炼镁技术的缺陷及改进途径[J] . 冶金能源, 2005, 245 . [6] 徐祥斌, 罗序燕, 曹慧君, 等. 硅热法炼镁白云石煅烧节能技术研究及最新进展[ J]. 轻金属, 20109 . Research on the Process of Using Dolomite as Raw Material to Calcine Magnesium WANG Chong1,2, LIU YU- hua2, CHEN Yong- di2 1. Changchun Normal University, Changchun 130032, China; 2. College of Materials Science and Engneering, Jilin University, Changchun 130022, China AbstractIn this paper, research on the process of using dolomite as raw material to calcine magnesium has been made, aim - ing at overcoming the problem of low efficiency, energy consumption, long production cycle and serious pollution in the tech - nological process.This technological process include crushing dolomite, light calcining at low- temperature in a vacuum, car - bon dioxide recycling, cooling and heat recollection, ball grinding of mixed ingredients, briquetting the mixture, thermal re - covery at high temperature in vacuum, getting the magnesium and the use of the slag in the calciner. Light calcination at low temperature in vacuum is to use continuous vacuum calciner to calcine the broken dolomite lightly for 1 3h at the calcina - tion temperature of 500 1000e and under the furnace inner pressure of 10000 60000Pa.The MgCO3and CaCO3in the dolomite will decompose in order. Finally we get the mixture of carbon dioxide, magnesium oxide and calcium oxide. The car - bon dioxide which is flowing in the furnace and heating the dolomite will be recycled. Key words dolomite; calcination; magnesium 45