專利名稱：利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非金屬資源的綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，是一種利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法和裝置。
背景技術(shù)：
高純鎂砂是性能優(yōu)良的耐火材料，主要成分為方鎂石，熔點(diǎn)高達(dá)，具有良好的耐高溫性、耐腐蝕性及保溫特性，在鋼鐵、水泥，玻璃等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，其中，鋼鐵工業(yè)是其最大的用戶，消耗全球70%的耐火材料。近幾年，世界鋼鐵、冶金行業(yè)有了巨大的發(fā)展，冶煉技術(shù)的進(jìn)步特別是煉鋼爐襯料噴補(bǔ)技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)高純鎂砂質(zhì)量提出了更高的要求，迫使各國(guó)加大對(duì)提高高純鎂砂品質(zhì)的研究和開發(fā)，極大地推動(dòng)了鎂砂制品向高純度化 (MgO ^ 99% )、致密化(體積密度/ >3. 4 / cm3)，不定形化發(fā)展。
目前高純高密度鎂砂的主要原料包括天然菱鎂礦及化學(xué)合成法生產(chǎn)，其中85%以上的高純高密度鎂砂為化學(xué)合成法生產(chǎn)。其中天然菱鎂礦的原料成本低，直接用于高溫煅燒，處理成本低。但是由于我國(guó)菱鎂礦資源的晶型結(jié)構(gòu)為顯晶質(zhì)礦石，晶型結(jié)構(gòu)決定了直接用高溫煅燒工藝，很難生產(chǎn)出高密度鎂砂。同時(shí)，礦石中的鐵、鈣、硅等雜質(zhì)難以處理，因此現(xiàn)有的工藝過(guò)程難以生產(chǎn)高純高密度鎂砂。雖然我國(guó)是世界上鎂砂生產(chǎn)和出口大國(guó)主要生產(chǎn)基地在遼寧，鎂砂原料幾乎全部是菱鎂礦鎂砂年產(chǎn)量已達(dá)到6X106 t，其中出口 3X106 t，占國(guó)際市場(chǎng)貿(mào)易總額的60%。但由于多年來(lái)過(guò)度開采導(dǎo)致目前我國(guó)菱鎂礦品位不斷下降，生產(chǎn)的鎂砂氧化鎂含量越來(lái)越低，產(chǎn)品質(zhì)量越來(lái)越差，遠(yuǎn)不能滿足鋼鐵行業(yè)的要求。在國(guó)際上我國(guó)鎂砂也屬于低質(zhì)量、低價(jià)位產(chǎn)品，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱，利潤(rùn)空間小。
化學(xué)合成法生產(chǎn)鎂砂的技術(shù)特點(diǎn)是利用了化學(xué)介質(zhì)，提取海水或鹵水中的鎂資源，合成氫氧化鎂或者碳酸鎂，然后煅燒，壓球，再超高溫煅燒。主要方法包括1)石灰乳法海水或商水與氫氧化鈣生成氫氧化鎂，氫氧化鎂經(jīng)輕燒、壓球及重?zé)芍迫℃V砂。在大規(guī)模生產(chǎn)中，存在諸多技術(shù)難題。首先由于合成的氫氧化鎂顆粒細(xì)小，生產(chǎn)過(guò)程中沉降、過(guò)濾和洗滌成為難題；其次，海水及石灰含有多種雜質(zhì)離子，合成氫氧化鎂反應(yīng)過(guò)程中伴隨副反應(yīng)。因此，傳統(tǒng)生產(chǎn)方法雖經(jīng)多次洗滌，仍很難生產(chǎn)出高純鎂砂。為解決氫氧化鎂沉降、過(guò)濾和洗滌等過(guò)程中存在的難題，國(guó)內(nèi)外采用了晶種法，即沉淀氫氧化鎂時(shí)先加入一部分氫氧化鎂或者氧化鎂作為晶種，使其沉淀顆粒變大，易于沉降和過(guò)濾。為生產(chǎn)高純鎂砂，日本在已有工業(yè)化生產(chǎn)海水鎂砂的基礎(chǔ)上發(fā)展了再水化法，即在氫氧化鎂沉淀后進(jìn)行洗滌，烘干輕燒，之后再用海水洗滌，再次降低鈣含量然后再輕燒，壓球，重?zé)?，這種工藝可制備出99%以上的高純鎂砂。我國(guó)在青海曾建立利用石灰乳法生產(chǎn)高純鎂砂工業(yè)性試驗(yàn)廠，試驗(yàn)完成后未見工業(yè)化報(bào)道。
2)氨法利用氨或者氨水與鹵水反應(yīng)生成氫氧化鎂，氫氧化鎂經(jīng)洗滌干燥、輕燒、 壓球和重?zé)酶呒冩V砂。其優(yōu)點(diǎn)是在鎂離子濃度較高的鹵水中利用氨水的弱堿性合成的氫氧化鎂結(jié)晶度較高，沉降速度快，易于過(guò)濾和洗滌。反應(yīng)母液經(jīng)過(guò)濃縮后制成N、P、K和B 等復(fù)合肥；反應(yīng)母液加入石灰乳加熱處理，還可實(shí)現(xiàn)氨的循環(huán)利用。堿法以碳銨或純堿為原料，碳銨或純堿中的碳酸氫根或碳酸根和鹵水中的鎂離子反應(yīng)，首先形成碳酸鎂沉淀，碳酸鎂經(jīng)純化、鍛燒、壓球和重?zé)频酶呒冩V砂。
4)碳化法在氫氧化鎂乳或輕燒白云石乳中通入二氧化碳，在一定條件下生成碳酸氫鎂，碳酸氫鎂經(jīng)純化、熱解、輕燒、壓球及重?zé)裙に囍瞥筛呒冩V砂。
5)水解法直接利用水氯鎂石的高溫水解，生產(chǎn)出輕質(zhì)氧化鎂，然后經(jīng)過(guò)洗滌，進(jìn)一步高溫煅燒生產(chǎn)重?zé)V砂，但此方法能耗很高，腐蝕性強(qiáng)，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求極高。
當(dāng)然，采用鹵水作為原料，化學(xué)合成鎂砂的過(guò)程中，化03是鎂砂生產(chǎn)中的大敵。它使氧化鎂的高溫強(qiáng)度急劇下降，因而除硼技術(shù)一直是生產(chǎn)海水鎂砂的技術(shù)關(guān)鍵之一，這也是化學(xué)合成方法成本高的因素之一。
天然鎂砂產(chǎn)品質(zhì)量受到原礦質(zhì)量的制約，在產(chǎn)品純度、體積密度這兩個(gè)重要指標(biāo)上難以滿足現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)較高的質(zhì)量要求；后者以鹽湖鎂鹽或海水為原料，采用一定的技術(shù)方法制備鎂砂產(chǎn)品的前驅(qū)體，再經(jīng)煅燒而得其產(chǎn)品，這種方法較高溫煅燒法在技術(shù)和質(zhì)量上具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)比見下表制備方法原料來(lái)源鎂砂純度體積密度g/cm3煅燒溫度。C鹵水化學(xué)合成法鹽湖鎂鹽或海水Mg099%3. 51500-1700高溫煅燒法菱鎂礦MgO sS 96%< 3. 4> 1800其中化學(xué)合成法生產(chǎn)的產(chǎn)品純度高，但由于引入了其他的化學(xué)品，使得原料成本及處理成本較之菱鎂礦煅燒法高的多，同時(shí)由于引入了其他化學(xué)品的參與，由于其未能進(jìn)入最終的氧化鎂產(chǎn)品，會(huì)作為廢物等排出，對(duì)環(huán)境造成威脅，這也是化學(xué)合成法的缺點(diǎn)之一。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供了一種利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法和裝置，利用氯化銨作為介質(zhì)，進(jìn)行循環(huán)再生，同時(shí)利用氨汽提技術(shù)與氨精餾技術(shù)，高效回收氨的同時(shí)，還保證了制備氫氧化鎂所需的氨的濃度。氫氧化鎂經(jīng)過(guò)煅燒生產(chǎn)輕質(zhì)氧化鎂后，經(jīng)過(guò)壓球，進(jìn)入超高溫焙燒系統(tǒng)。其中超高溫焙燒系統(tǒng)為現(xiàn)有超高溫豎窯結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，采用天然氣作為燃料，然后在焙燒窯高溫段以下設(shè)置2米的電加熱系統(tǒng)，保證下部上升的氣體溫度被加熱至600°C以上，使得整個(gè)爐窯高溫段溫度達(dá)到1800°C。工藝過(guò)程的氨借助高效的氨汽提、氨精餾技術(shù)，發(fā)揮了傳統(tǒng)鹵水一氨法能制備高純氫氧化鎂的最大優(yōu)勢(shì)，又能夠克服氨的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，無(wú)固體廢棄物產(chǎn)生，為一個(gè)非金屬資源綜合利用的清潔新工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案之一是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其包括以下步驟a.首先將菱鎂礦進(jìn)行煅燒，煅燒溫度80(T95(TC，然后獲得高活性的輕燒粉，然后進(jìn)行粉碎，進(jìn)入化漿槽中化漿，其中首次參與介質(zhì)循環(huán)的氯化銨也由此加入；b.將步驟a制備的輕燒粉漿料進(jìn)入漿料計(jì)量罐中；將步驟a或步驟e從氨汽提工藝處理后的氯化銨溶液進(jìn)入氯化銨計(jì)量罐中，然后將兩個(gè)計(jì)量罐中的料液進(jìn)入蒸氨工序中進(jìn)行蒸氨；c.將步驟b得到液體產(chǎn)物進(jìn)行離心過(guò)濾，濾餅作為制備鎂水泥的原料，濾液去氫氧化鎂制備的氯化鎂計(jì)量罐；將步驟b中的氣體產(chǎn)物去氨精餾工序進(jìn)行氨濃縮的處理；d.將氨精餾工序處理后的氨水液體進(jìn)入氨計(jì)量罐中，分離后產(chǎn)出的水回到步驟a的化漿槽中；后將氯化鎂計(jì)量罐與氨計(jì)量罐中的液體均加入至氫氧化鎂制備釜中，然后進(jìn)行過(guò)5濾洗滌。過(guò)濾洗滌后的液體至氨汽提工序?yàn)V餅進(jìn)行化漿處理。
e.將步驟d氫氧化鎂制備后液體產(chǎn)物進(jìn)行氨汽提工序進(jìn)行氨汽提處理，處理后的氣體產(chǎn)物進(jìn)入步驟c氨精餾工序，而液體產(chǎn)物進(jìn)入步驟b的氯化銨計(jì)量罐中。
f.將步驟e中的化漿后的料液進(jìn)行過(guò)濾，獲得氫氧化鎂濾餅，然后進(jìn)入干燥煅燒爐中生產(chǎn)輕質(zhì)氧化鎂。
g.將步驟f的氧化鎂進(jìn)行壓球，然后進(jìn)入超高溫焙燒窯中焙燒，獲得高純高密度鎂砂。
下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案之一的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)步驟a中的輕燒粉含量主要為氧化鎂，達(dá)到80%以上，其中也含有少量的二氧化硅、氧化鐵、碳酸鈣等。步驟b將步驟a得到的輕燒粉漿料和步驟e得到的氯化銨溶液進(jìn)行蒸氨反應(yīng)。步驟d中的氯化鎂計(jì)量罐中的液體主要為氯化鎂溶液，還含有少量的氯化銨；步驟c 中獲得的氨水液體進(jìn)入步驟d中的氨計(jì)量槽中。兩種液體在氫氧化鎂制備釜中進(jìn)了制備氫氧化鎂的反應(yīng)，上述兩個(gè)反應(yīng)可以通過(guò)以下方程式進(jìn)行表達(dá)
權(quán)利要求
1.一種利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其特征在于包括以下步驟a.首先將菱鎂礦進(jìn)行煅燒，煅燒溫度80(T95(TC，然后獲得高活性的輕燒粉，然后進(jìn)行粉碎，進(jìn)入化漿槽中化漿，漿料濃度2(Γ35%，其中首次參與介質(zhì)循環(huán)的氯化銨也由此加入；b.將步驟a制備的輕燒粉漿料進(jìn)入漿料計(jì)量罐中；將步驟a或步驟e從氨汽提工藝處理后的氯化銨溶液進(jìn)入氯化銨計(jì)量罐中，然后將兩個(gè)計(jì)量罐中的料液進(jìn)入蒸氨工序中進(jìn)行蒸氨；c.將步驟b得到液體產(chǎn)物進(jìn)行離心過(guò)濾，濾餅作為制備鎂水泥的原料，濾液去氫氧化鎂制備的氯化鎂計(jì)量罐；將步驟b中的氣體產(chǎn)物去氨精餾工序進(jìn)行氨濃縮的處理；d.將氨精餾工序處理后的氨水液體進(jìn)入氨計(jì)量罐中，分離后產(chǎn)出的水回到步驟a的化漿槽中；后將氯化鎂計(jì)量罐與氨計(jì)量罐中的液體均加入至氫氧化鎂制備釜中，然后進(jìn)行過(guò)濾洗滌；過(guò)濾洗滌后的液體至氨汽提工序?yàn)V餅進(jìn)行化漿處理；e.將步驟d氫氧化鎂制備后液體產(chǎn)物進(jìn)行氨汽提工序進(jìn)行氨汽提處理，處理后的氣體產(chǎn)物進(jìn)入步驟c氨精餾工序，而液體產(chǎn)物進(jìn)入步驟b的氯化銨計(jì)量罐中；f.將步驟d中的化漿后的料液進(jìn)行過(guò)濾，獲得氫氧化鎂濾餅，然后進(jìn)入干燥煅燒爐中生產(chǎn)輕質(zhì)氧化鎂；g.將步驟f的氧化鎂進(jìn)行壓球，然后進(jìn)入超高溫焙燒窯中焙燒，獲得高純高密度鎂砂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其特征在于步驟a 中的氯化銨的加入盡在最初裝置運(yùn)行時(shí)，其他時(shí)候視情況而定，運(yùn)行一段時(shí)間后定期補(bǔ)加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其特征在于所述的氯化銨濃度在15(T200g/L，輕燒粉漿料固體濃度在2(Γ35%，蒸氨步驟工藝操作溫度在沸點(diǎn)以上，103 106°C，常壓操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其特征在于所述的氯化鎂溶液濃度在15(T200g/L，氫氧化鎂制備中氨濃度濃度在15 25%，制備溫度在 6(T80°C，常壓操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其特征在于所述的氯化鎂溶液濃度在15(T200g/L，氫氧化鎂制備中氨濃度濃度在15 25%，制備溫度在 6(T80°C，常壓操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其特征在于所述的干燥煅燒爐，煅燒溫度65(T800°C，MgO含量在99%以上，然后進(jìn)入壓球機(jī)進(jìn)行壓球處理，球?yàn)?0 mm球，壓球機(jī)為雙輥式壓球機(jī)；壓球后的物料進(jìn)入超高溫焙燒爐中焙燒，焙燒爐中焙燒溫度保持在165(T175(TC，焙燒時(shí)間2小時(shí)，獲得高純高密度鎂砂MgO含量大于 99.0 %，體積密度大于3. 40 g/cm3。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其特征在于所述的干燥煅燒爐，煅燒溫度65(T80(TC，MgO含量在99%以上，然后進(jìn)入壓球機(jī)進(jìn)行壓球處理，球?yàn)?0 mm球，壓球機(jī)為雙輥式壓球機(jī)；壓球后的物料進(jìn)入超高溫焙燒爐中焙燒，焙燒爐中焙燒溫度保持在165(Tl75(TC，焙燒時(shí)間2小時(shí)，獲得高純高密度鎂砂MgO含量大于99. 0 %， 體積密度大于3. 40 g/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其特征在于所述的氨的循環(huán)依靠氨汽提技術(shù)及氨精餾技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其中制備氫氧化鎂后的濾液進(jìn)行汽提處理，蒸氨后氣體進(jìn)行了精餾。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法，其特征在于所述的氫氧化鎂制備后使用了帶式真空過(guò)濾機(jī)作為最佳的洗滌設(shè)備，滿足洗滌的要求；使用了化漿洗滌與離心過(guò)濾機(jī)配合過(guò)濾與洗滌，保證了氫氧化鎂純度的同時(shí)，還可以將濾餅的含水量降低至60%。
10.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求的利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的裝置，其特征在于包括、輕燒粉煅燒爐；雷蒙磨；輕燒粉漿化槽；漿料泵；漿料計(jì)量罐； 氯化銨計(jì)量罐；蒸氨釜；離心過(guò)濾機(jī)；氨汽提塔再沸器；氨汽提塔；汽提塔出料泵；氨精餾塔再沸器；氨精餾塔；精餾塔出料泵；氨精餾塔冷凝器；氨水計(jì)量罐；氯化鎂計(jì)量罐；氫氧化鎂制備釜；帶式真空過(guò)濾機(jī)；化漿洗滌釜；離心過(guò)濾機(jī)；干燥煅燒爐；壓球機(jī)；超高溫焙燒窯，并且，所述的輕燒粉煅燒爐連接到雷蒙磨的入口，雷蒙磨的出口連接到輕燒粉漿化槽的入口，漿化槽的出口連接到漿料泵的入口，漿料泵的出口連接到漿料計(jì)量罐和氯化銨計(jì)量罐入口，兩個(gè)計(jì)量罐出口連接到蒸氨釜的入口，蒸氨釜的氣體出口連接到氨精餾塔氣體入口，蒸氨釜液體出口安裝到離心機(jī)入口，離心機(jī)的液體出口連接到氯化鎂計(jì)量罐的入口 ； 氨汽提塔氣體出口連接到氨精餾塔氣體入口，氨汽提塔的液體出口連接到氨汽提塔再沸器入口和汽提塔出料泵入口，氨汽提塔再沸器出口連接到氨汽提塔的液體入口，汽提塔出料泵連接到氯化鎂計(jì)量罐入口 ；氨精餾塔塔頂氣體出口連接到氨精餾塔冷凝器入口，氨精餾塔冷凝器出口連接到氨水計(jì)量罐和氨精餾塔塔頂液體入口，氨精餾塔底液體出口連接到氨精餾塔再沸器入口，氨精餾塔再沸器出口連接到氨精餾塔底液體入口，氨精餾塔底液體出口連接到精餾塔出料泵入口，精餾塔出料泵出口連接到輕燒粉漿化槽入口和化漿洗滌釜入口 ；氨水計(jì)量罐和氯化鎂計(jì)量罐出口連接到氫氧化鎂制備釜入口，氫氧化鎂制備釜出口連接到帶式真空過(guò)濾機(jī)入口，帶式真空過(guò)濾機(jī)濾餅出口連接到化漿洗滌釜入口，外界的脫鹽水進(jìn)入化漿洗滌釜入口，帶式真空過(guò)濾機(jī)濾液出口連接到氨汽提塔液體入口，化漿洗滌釜出口連接到離心過(guò)濾機(jī)入口和外界，離心過(guò)濾機(jī)濾餅出口連接到干燥煅燒爐入口，離心過(guò)濾機(jī)濾液出口連接到輕燒粉漿化槽入口及鎂水泥生產(chǎn)用，干燥煅燒爐出口連接到壓球機(jī)入口，壓球機(jī)出口連接到超高溫焙燒窯入口，從超高溫焙燒窯出口獲得高純高密度氧化鎂產(chǎn)
全文摘要
本發(fā)明涉及非金屬資源的綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，是一種利用菱鎂礦制備高純高密度鎂砂的方法和裝置,該方法包括以下步驟將菱鎂礦進(jìn)行煅燒，進(jìn)行粉碎；制備的輕燒粉漿料從氨汽提工藝處理后的氯化銨溶液進(jìn)入蒸氨工序中進(jìn)行蒸氨；處理后的料液過(guò)濾，濾餅作為制備鎂水泥的原料，濾液和氨精餾工序氨液至氫氧化鎂制備工序進(jìn)行處理，然后進(jìn)行過(guò)濾洗滌。過(guò)濾洗滌后的液體至氨汽提工序?yàn)V餅進(jìn)行化漿處理。將氫氧化鎂制備后液體產(chǎn)物進(jìn)行氨汽提工序進(jìn)行氨汽提處理，處理后的氣體產(chǎn)物進(jìn)入氨精餾工序，而液體產(chǎn)物進(jìn)入回到蒸氨工序。在本發(fā)明方法中只有氯化銨的循環(huán)過(guò)程，同時(shí)利用了氨汽提技術(shù)與氨精餾技術(shù)，沒(méi)有固體廢棄物的排放，是一個(gè)典型的環(huán)境友好的清潔工藝。
文檔編號(hào)C01F5/20GK102503190SQ20111032357
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者楊剛 申請(qǐng)人:新疆藍(lán)天鎂業(yè)股份有限公司