煅烧白云石质量对还原工序的影响.pdf

2 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年3 期 煅烧白云石质量对还原工序的影响 熊呈辉1 ，周天瑞1 ，徐河2 ，谢水生3 1 ．南昌大学，江西南昌 3 3 0 0 2 9 ；2 ．维恩克材料技术 北京 有限公司，北京1 0 0 0 8 5 ； 3 ．北京有色金属研究总院，北京1 0 0 0 8 8 摘要阐述了皮江法炼镁中自云石的化学成分、物理结构，其在煅烧时的温度、时间对后续还原工序产生 的影响以及厂家如何控制这些因素。 关键词晶型结构；化学组成；活性度；灼减；吸湿 中圈分类号T F 8 2 2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 6 0 3 0 0 2 6 0 3 T h eI n f l u e n c eo ft h eQ u a l i t yo fC a l c i n e dD o l o m i t e o nR e d u c t i o nP r o c e s s X I O N GC h e n g h u i l ，Z H O UT i a n r u i l ，X UH e 2 ，X I ES h u i s h e n 9 3 1 ．N a n e h a n gU n i v e r s i t y ，N a n e h a n g ，J i m a g x i3 3 0 0 2 9 ，C h i n a ；2 ．W i n c aM a t e r i a la n dT e c h n o l o g y B e i j i n g C o ．L t d ，B e i j i n g1 0 0 0 8 5 ，C h i n a ；3 ．B e i j i n gC e n t r a lI n s t i t u t ef o rN o nF e r r o u sM e t a l ，B e i ] i n g1 0 0 0 8 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee x t r a c t i o na n dp h y s i c a lo fd o l o m i t e ’Sc o n s t i t u e n ti nm e t a l l u r g yo fm a g n e s i u mh a sb e e ne x p a t i a t e d ， a n dt h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r ea n dd u r a t i o ni nt h e r m a lc a l c i n a t i o n so fd o l o m i t eo nt h er e d u c t i o np r o c e s si sa l s o i n v e s t i g a t e d ．O nt h eo t h e rh a n d ，t h ec o n t r o l l i n gm e t h o di si n t r o d u c e d ． K e y w o r d s C r y s t a l l o g r a p h i cs t r u c t u r e ；C o m p o s i t i o n ；A c t i v i t y ；L o s so fw e i g h to ni g n i t i o n ；A b s o r p t i o no fm o i s t u r e 皮江法炼镁是一种典型的金属热还原法冶炼工 艺，具有工艺流程简单、产品质量好、投资少、建设速 度快等优点。近些年来，皮江法炼镁在我国蓬勃发 展。此工艺分为四个工序，分别为煅烧，制球，还 原，精练。煅白的质量会影响还原工序的出镁率、硅 利用率。本文结合w I N C A 鹤壁 科技有限公司的 生产实践对皮江法炼镁煅烧白云石中影响还原工序 的一些因素进行分析。 1白云石原料的选择和煅烧 在皮江法炼镁流程中，自云石煅烧是重要的工 序。一般要求白云石的晶型结构有细晶粒、聚晶、网 状结构，其高温煅烧时不热裂，能保持原来的块度， 煅白的比表面积小，吸湿性减小，化学活性度高。而 六方菱形结构的白云石在高温下煅烧时容易热裂、 作者简介熊呈辉 1 9 7 7 一 ，男，硕士研究生 变细，煅白的吸湿性随比表面积增大而增大，因此其 尽管采用合理的煅烧条件和设备，但始终得不到符 合要求的煅白，而且其在还原时出镁率和硅的利用 率也很低。 白云石中的杂质应该越低越好，因为S i 0 2 、 F e z 0 3 、A 1 2 0 3 等杂质在煅烧过程中会与白云石中的 C a O 、M g O 生成2 M g O 。S i 0 2 、m C a O ‘n F e 2 0 3 ，m C a O 越2 0 3 ，它们都是低熔点化合物，会裹覆在白云石 表面，阻止热传递和C O 气体的脱出，使白云石欠 烧、煅白灼减量增大，水化活性度降低；K 2 0 、N a 2 0 等杂质在还原过程中会首先被硅还原，降低了硅的 用量，近一步降低了镁的还原效率，而且其还原出的 K 、N a 化学性质活泼，与空气接触后会剧烈燃烧，会 引起镁的剧烈燃烧，会降低出镁率，严重时甚至得不 到镁。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年3 期 2 7 白云石中的M g O ，C a O 含量要求摩尔比为1 ．0 ～1 ．0 3 。因为硅还原M g O 生成的S i 0 2 能与C a O 造渣生成2 C a O S i 0 2 ，能够降低还原反应的温度。 如果C a O 的含量低，硅还原M g O 生成的S i 0 2 与 M g O 造渣生成2 M g O S i 0 2 ，使M g O 进入渣中，降 低了M g O 的有效利用率。如果C a O 的含量高，多 余的C a O 也是杂质，它将降低炉料中有效成份的含 量，降低单罐产量，严重时煅烧后的物质只能用作石 灰用。W I N C A 鹤壁 科技有限公司所采用的白云 石的化学组成 ％ M g O1 9 ～2 1 、C a O3 0 ～3 3 、S i 0 2 0 ．5 、F e 2 0 3 0 ．5 、鸽0 3 0 ．5 、K 2 0 0 ．0 5 、N a 2 0 0 ．0 5 、M n 0 ．0 0 5 。 该公司采用的煅烧设备是0 1 ．9m 3 6m 回转 窑，白云石原料由斗提送人料仓，然后由电磁振荡给 料机以一定的给料速度把白云石送入回转窑，煅烧 温度控制在11 5 0 ～12 5 0 ℃。煅烧好的白云石卸入 翻斗车，送到制球工序。 在窑内温度可分为高温、中温、低温三段无明显 界限的连续区域来达到煅烧目的，以使碳酸盐彻底 分解，低温区域处于窑尾位置，温度为 5 0 0 1 0 ℃； 其中温区域处于窑头，温度为 9 0 0 2 0 ℃；中间为 煅烧区域，达到11 5 0 ～12 5 0 ℃。实践表明，煅烧温 度过高和过低都不好。温度过高，大于13 0 0 ℃时， 会发生“过烧”现象，其获得的煅白虽然密度较高，制 球后在装料量和导热性上都较好，还原过程中也不 易裂解，但是这种高密度团块，空隙过小，在还原时 不利于镁蒸气排出；严重时会产生玻璃化，镁蒸气排 不出。温度过低，低于11 0 0 ℃时，会发生“欠烧”现 象，白云石烧不透，分解不彻底。在11 0 0 ～11 5 0 ℃ 温度下煅烧的白云石，易于磨碎和制球，但煅白的吸 湿性比较大，密度也小。因此，煅烧温度对煅白质 量，尤其是密度影响较大。在实际操作中要根据矿 石的粒度和空气的相对湿度的变化，及时调整煅烧 温度。该公司的白云石粒度分为3 种规格，分别为 1 5 ～2 0m m 、2 0 ～3 0m m ，3 0 ～3 5m m 。每一种规格 单独存放，沙尘小于1 ％，无山皮，无超粒度规格。 因此人窑白云石粒度均匀，受热均匀，不易造成死烧 和欠烧。 在11 5 0 ～12 5 0 ℃温度下，煅烧合格的白云石， 白云石中的M g C 0 3 与C a C 嘎能在2 ～3 h 内彻底分 解放出c c h 气体。如果白云石继续被煅烧，煅后白 云石重新结晶，使煅白，尤其是其中的M g O 活性大 为降低。在煅烧温度、煅烧时间都合适的情况下煅 烧出的白云石以2 C a O M g O 结晶形态存在，不仅有 利于2 C a O M g O 和s i 的固相反应的进行，而且在 煅白受机械力作用后，易发生形变，使球团块空隙增 加，有利于镁蒸气的逸出，而对煅白继续煅烧，破坏 了上述状态，使2 C a O M g O 结晶长大，煅白的水化 活性度下降。影响了出镁率。该公司煅烧白云石的 时间一般为2h ’，通过调整回转窑的转速来控制。 2煅白质量对还原工序的影响 2 ．1 活性度对还原工序的影响 白云石煅烧质量的重要标志是煅白的水化活性 度。研究和生产实践证明，煅白的活性度，对出镁率 影响极大，其影响如图1 所示。 出镁牢，％ 图1出镁率与活性度的关系 F i g ．1 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm a k i n g m a g n e s i u m ’Sr a t ea n da c t i v i t y 由图1 可以看出，煅白的活性越好，出镁率越 高。其还原效率也较高。目前该公司出镁率可达 8 0 ％～8 5 ％。其要求煅白发黄，形成保护膜，其水化 活性度为2 5 ％～3 0 ％。 2 ．2 灼减对还原工序的影响 灼减的高低是衡量白云石是否彻底分解的重要 指标，灼减高，证明白云石分解不彻底，还会在还原 罐内的高温环境下继续分解；灼减量低的煅自，在还 原过程中，炉料不放气，还原体系的剩余压力能达到 还原的要求，能获得较高的还原效率。回转窑煅烧 白云石的灼减要求不大于0 ．5 ％。若灼减量达到 2 ％，考虑高温下真空的气体膨胀，真空条件下的气 体扩散时间会更长。而还原罐内的温度是由表及里 逐渐升高的，气体也是逐渐释放出来，这将大大延长 真空预抽时间。真空度达不到要求，还原反应不能 顺利进行，延长了还原周期，影响了还原炉的使用效 率。 实践已经证明不考虑其它因素的影响，4 支罐 为1 组，当灼减1 ％时，从开始抽气到1 0P a 时需4 5 冰、毯习；}烬 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年3 期 m i n ；当灼减为5 ％时需1 1 0m i n 。而且得到的结晶 镁呈粗大的树枝状并夹有较多的杂质。C 0 2 气体在 9 5 0 ～10 0 0 ℃就开始与还原剂中的S i 反应，从而降 低了还原剂中S i 的含量。同时，C 0 2 气体也会氧化 还原所析出的镁，这样就降低了出镁率。 2 ．3 煅白吸湿后对还原工序的影响 煅白的贮存时间对还原效率的影响视煅白的吸 水量而定。空气中湿度越大，煅白的吸水量增大，而 且随煅白贮存时间的增长而增加。图2 是煅白吸水 率与贮存时间的关系曲线。该公司对煅白的贮存时 间要求不超过1 2h ，吸湿后煅白的灼减量增大，煅白 中的M g O 与C a O 因吸湿而变为M g O H 2 与 C a O H 2 ，这种煅自在还原时，还原效率较低。 0 4 8 1 2 1 6 贮存时间，h 图2 煅白吸水率与贮存时间的关系 F i g ．2 T i l er e l a t i o n s h i pb e t w e e na b s o r bm o i s t m 陀’S r a t eo fc a l c i n ew h i t ea n dt h et i m eo fs t o r e 煅白的吸水量不仅随贮存时间的增长丽增大， 而空气中的水蒸气分压P H 2 0 与相对湿度 c p 对 煅白的吸水量影响更大。煅白的吸水量随着P H 2 0 的增大而增加，随着9 的降低而增加。当甲 8 0 ％时，P H 2 0 由lP a 增大至7 ．3 8P a ，煅白吸 水量由1 ．8 1 0 3g ／m 2 增加至3 ．6 1 1 0 一g ／m 2 。 当P H 2 0 4 ．2 5P a 时，相对湿度由1 0 0 ％降低至 6 0 ％时，煅白的吸水量由3 ．1 7 1 0 _ 3g ／I n 2 增大至 3 ．4 8 1 0 - ‘g ／m 2 。图3 是煅白的吸水量与水蒸气 分压和相对湿度的关系曲线。 煅烧了的白云石从出炉到被装入还原罐，即使 这之间的时间只有8h ，煅白吸水率也在0 ．5 ％左 右。我们仍按每支还原罐装料1 3 6k g 计 其中煅白 占8 l ％ ，则每支还原罐内被带人的水分有0 ．5 4 k g ，该部分水在还原罐内的高温条件下，在6 0 0 ～ o 季 三 羹 整 七4 ．0 宝3 ．5 函3 1 0 圈3 煅白的吸水量与水蒸气分压和 相对湿度的关系 F i g ．3 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e na b s o r bw a t e r q u a n t i t yo fc a l c i n ew h i t ew i mt h ef r a c t i o n a l p r e s s u r eo fs t e a ma n dr e l a t i v eh u m i d i t y 8 0 0 ℃就与还原剂中的硅开始反应，而且还会氧化被 析出的镁。另一些水分进入真空系统，其中一部分 在温度低的真空管路上重新凝结成水，在真空的条 件下，缓慢蒸发而逐步进入真空泵；另一部分直接进 入真空泵，在泵内被压缩凝结成水。乳化作为真空 泵密封介质的真空泵油，破坏了真空泵的密封介质， 使真空泵的抽气速率下降，又进一步延长了真空预 抽时间。 如果真空度长时间达不到要求，危害是相当大 的，因为这段时间只有消耗而无产出；水分和C 0 2 又将还原剂中的硅和被析出的镁氧化，使出镁率降 低而且得到的镁的质量也不好。 3结论 对皮江法炼镁使用的白云石，除了对白云石的 化学成分有严格要求外，也要考虑白云石的物理结 构 如晶型结构、粒度等 。在煅烧白云石时，要严 格控制煅烧时间和温度。只有用正确的方法煅烧符 合要求的白云石，才有可能在还原工序中有较高的 还原效率。 参考文献 [ 1 ] 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