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电熔镁钙砂耐火原料知多少?

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电熔镁钙砂耐火原料知多少?

发布日期:2017-12-16 作者: 点击:

电熔镁钙砂原料的资源和开采

镁质原料是指可用于生产镁质耐火材料、镁质化工材料、金属镁等产品的含镁矿物,主要分为固体矿物如菱镁矿、白云石、水镁石等和液体矿物如海水、盐湖卤水等。菱镁矿是世界上最重要的耐火原料之一,主要用于煅烧轻烧氧化镁(CCM)、烧结镁砂(DBM)、电熔镁砂(FM)等耐火原料,是生产镁质耐火材料的基础材料。

我国是世界菱镁矿资源最为丰富的国家之一,主要分布在辽宁和山东等省,集中在辽宁省。目前辽宁省已查明的菱镁矿储量为34.13亿吨,约占全国的85%和世界的20%。辽宁菱镁矿储量、开采量,以及镁质耐火材料生产量、出口量均居世界首位。目前,辽宁已经地质勘查的矿区有12个,年开采MgO含量≥44%的特、一、二、三级矿石约1600万吨,主要供省内生产企业使用。辽宁菱镁矿属于晶质矿,晶体颗粒大、难烧结。行标YB/T 5208-2004制定了MgO含量为33%~47%的天然菱镁石标准。

电熔镁钙耐火原料主要产品及现状

轻烧氧化镁。目前,我国以菱镁石为原料,通过反射炉轻烧加工为轻烧氧化镁粉(CCM),数量大、用途广。轻烧氧化镁粉是一种十分重要的镁质基础原料,根据其不同的化学组成、粒度和性能分别应用于:压球煅烧各种品位的烧结镁砂(DBM),与Al2O3、CaO等不同含量的原料合成镁铝尖晶石砂、镁钙砂等复合材料,生产电熔镁砂(FM,耐火级或电工级)、转炉溅渣护炉镁球等。上述产品主要用作耐火材料制品的原料。此外,这些产品还是镁化工产品如轻质MgO、轻质MgCO3、镁肥、镁建材、饲料添加剂等的原料。

传统的轻烧氧化镁是用原矿石在反射炉中焙烧加工而成。采用反射炉生产轻烧氧化镁历经70年~80年的生存发展还未被淘汰,是因为该窑炉有其突出特点:工艺简单、实用;投资少,上马快,易操作;适合辽南地区菱镁石特点。近十几年来,该窑型生产工艺也进行了较大改进,主要表现在:改用清洁燃料,将原直接烧烟煤改为以简易煤气发生炉生产的煤气作燃料进行焙烧,避免燃料灰分对轻烧氧化镁污染,基本解决了黑烟排放对环境的污染,并提高了热效率;对窑型进行改造,增大窑的容积,提高了产量,降低燃料单耗。

但是,我国以菱镁石在反射炉焙烧生产轻烧氧化镁粉仍存在以下问题:采矿活动简单,人工分采;窑由人工操作,窑温稳定性差,能耗高;入窑用块矿,碎矿弃之,料耗高;烟气未经处理,污染环境;冷却敞开式,劳动条件差,导致目前招工难;研磨设备落后,粒度控制差,最终产品质量低、波动大。

电熔镁钙砂

因此,我国轻烧氧化镁生产必须实行从采矿-成品-包装全过程控制,按用户要求生产,研究和推广先进轻烧氧化镁焙烧技术和炉窑,推荐大型悬浮窑、多层炉(耗式炉MHK)用于轻烧和高效轻烧氧化镁细磨设备。

烧结镁砂。国标GB/T2273-2007规定了MgO含量83%~98%的适用于生产耐火材料用的各种烧结镁砂的理化性能。从历史发展看,烧结镁砂还被称为冶金砂、重烧镁砂、中档镁砂、高纯镁砂。

冶金砂。在我国第一个五年计划(1952年~1957年)期间,前苏联援建的我国第一个生产碱性耐火材料工厂———鞍山钢铁公司大石桥镁砖厂一期工程投产,制砂车间采用了矿石细磨、成球盘、炉箅机、回转窑的半干法工艺,生产冶金砂用于平炉烧结炉底和修补。随着炼钢平炉改为转炉,该产品在上世纪90年代被淘汰。

重烧镁砂。目前,我国烧结镁砂总产量每年为400万~450万吨。沿袭行业习惯,烧结镁砂大体可分为重烧镁砂、中档镁砂、高纯镁砂。

20世纪80年代之前,在长达30多年的时间内,全国烧结镁砂的生产主要由原鞍钢大石桥镁矿承担,先后采用25立方米、32立方米、40立方米、47立方米和55立方米的竖窑,以焦炭为燃料,以块状菱镁石为原料,采取一步煅烧和人工出料生产MgO含量92%的重烧镁砂,为全国的炼钢平炉用砖提供原料。

该工艺的缺陷是:矿石利用率低,细颗粒矿石不能利用;杂质含量高,焦炭中的灰分会对镁砂造成污染,使镁砂的SiO2、Al2O3含量增加,最高MgO含量仅能保证在92%;连续操作性差,大块菱镁石矿受热分解产生小颗粒矿黏附于窑壁,窑内物料易发生“结坨”,这都造成窑内料流及热工制度的改变频繁,导致停运事故无法实现机械化操作;镁砂的致密度低,菱镁矿在窑内预热带分解,释放出CO2变成轻烧MgO,但其MgCO3“母盐假象”依然存在,不利于镁砂的进一步致密化,烧结镁砂的体积密度仅仅介于每立方厘米3.0克~3.1克之间;污染环境严重,菱镁矿分解出大量的CO2和燃烧的烟气夹杂着细小焦炭粒子及轻烧粉尘飞出窑外,污染环境,高温烟气治理困难。

目前我国重烧镁砂仍以二、三级矿石在固体燃料竖窑煅烧,镁砂MgO含量90%~92%、体积密度每立方厘米在3.10克以上。重烧镁砂是生产普通镁质烧成砖及不定形耐火材料的主要原料,辽宁省目前年产量估计250万吨;由于可以利用三级矿,产品价格低且有市场,目前难以淘汰。

中档镁砂。为了提高镁砂的致密度和纯度,我国耐火材料界开展了二步煅烧镁砂的工艺研究和工业试验。采用适合国情的新工艺、新流程,促进了烧结镁砂生产的技术进步。20世纪80年代初期,海城镁矿利用优质菱镁矿石在反射炉轻烧,用雷蒙磨细磨,半干法二段压球,焦炭竖窑煅烧,生产出MgO含量≥95%、体积密度≥每立方厘米3.20克的中档镁砂。这一成果迅速推广,形成年产几十万吨规模效益。此后该工艺被推广用于生产合成镁钙砂等合成砂产品。

高纯镁砂。1980年,原冶金部矿山司组织实施“天然菱镁矿制取优质高纯镁砂新工艺技术及高温竖窑”课题,在海城镁矿建设了年产0.7万吨高纯镁砂中试生产线,针对大结晶菱镁石难烧结特点,开发了菱镁石轻烧、磨细、高压压球和死烧的二步煅烧新工艺,经数年攻关,达到了高纯镁砂MgO含量≥98%、体积密度每立方厘米3.30克的攻关目标。他们立足利用粉矿,采用了浮选工艺,又从欧洲引进年产5万吨高纯镁砂生产线的关键设备:悬浮焙烧炉、辊式磨、高压压球机、高温油竖窑等,自主攻关结合引进结束了我国没有高纯镁砂的历史。

立足于我国国情,现在高纯镁砂的生产工艺大多为:选用优质菱镁矿,以在煤气作为燃料的反射窑轻烧,将轻烧粉用雷蒙机细磨,用高压压机干法压球,最后在高温油竖窑进行煅烧,生产MgO含量97%、体积密度介于每立方厘米3.25克~3.30克的高纯镁砂。该工艺装备完全国产化,产品满足了我国大部分高档镁质耐火材料所需镁砂的要求,并有一定量出口。

电熔镁砂。电熔镁砂的发展是伴随MgO-C砖生产技术发展而迅速发展的。优质MgO-C砖要求镁砂不仅要有较高的纯度和密度,而且要有较大的晶粒尺寸,而这种镁砂通常由电熔工艺获得。电熔镁砂以菱镁矿(制备普通电熔镁砂)或轻烧MgO(制备大结晶电熔镁砂)为原料在电熔炉熔融和缓慢冷却而制得。其中低铁(Fe2O3)大结晶电熔镁砂又是电器元件中良好的填充绝缘材料。但由于生产电熔镁砂消耗大量电能,属于国家能源政策限制发展的产业,其发展将受到分类电价政策实施的冲击。

如今,电熔镁砂生产企业技术开发的重点是节能、提高菱镁矿资源综合利用和烟尘治理。主要技术措施有:开展制备电熔镁砂综合节能技术研究和烟尘治理、余热回收等等。辽宁省正采取相应的治理措施,总结经验以解决电熔炉生产的烟尘污染和镁砂熔砣冷却的余热回收。

同时,面对菱镁矿品位下降(MgO98品级电熔镁砂MgO含量仅达97.2%)的问题,一些企业采用浮选工艺,以精矿粉与轻烧MgO压球配矿石入炉电熔,不仅大幅降低电熔镁砂单位电耗,而且高品位电熔镁砂收获率也相应提高。


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