一種用于冶煉金屬鎂的球團及其制備方法與流程

本發明涉及金屬鎂冶煉
技術領域：
，更具體地說，涉及一種用于冶煉金屬鎂的球團及其制備方法。
背景技術：
：目前世界上90％以上的金屬鎂采用皮江法生產。早期，我國采用傳統皮江法的金屬鎂冶煉企業，生產1噸鎂要消耗10噸以上標煤。后來在國家大力宏觀調控下，各煉鎂廠對皮江法煉鎂工藝過程進行節能技術改造，當前國內皮江法煉鎂的最高水平是：噸鎂能耗5～6噸標煤，還原周期10h～12h，萬噸產能建設用地400～500畝、生產用工400～500人，單只還原罐日產原鎂約30～40kg，單臺還原爐日產鎂1～2噸。與傳統皮江法的橫式還原罐相比，先發展形勢下的豎罐煉鎂技術具備很多優勢，一些科研機構及企業已經開始進行研究并取得了一定的成果。然而，這些企業或科研單位進行的豎罐技術開發都只是在探索中，未能大規模投入正常生產，且仍面臨很多困難。其中，豎罐煉鎂技術中，球團入罐時破碎率較大導致出鎂量較低，這是目前所面臨的的主要困難。由于豎罐煉鎂技術中球團入罐時由罐頂傾倒至罐內，而且豎罐高度一般在2米以上，而傳統橫式還原罐使用的球團在用于豎罐裝料時，球團會因為重力的作用與罐壁碰撞或球團之間碰撞而造成較高比例的球團破碎率，此外，球團生產過程中的吸潮問題也是影響出鎂率的一大因素。經過檢索發現，現有技術中關于煉鎂球團制備技術具有較多的方案公開，如申請號為201410239590.3的專利申請：一種能夠提高橫罐煉鎂效率的煉鎂原料球團及其制備方法，該申請案公開了橫罐技術中如何提高煉鎂回收率的鎂球團制備方法，并且采用輥壓成型；又如申請號為201210085979.8的專利申請案公開了一種以高鎂磷尾礦為原料制備金屬鎂的方法，在一定壓力下將一定配比的原料壓制成球團。上述兩個方案中，前者在傳統皮江法煉鎂球團配料的基礎上使用煤粉替代了部分硅鐵從而降低了生產成本，后者使用高鎂磷尾礦煅白替代傳統白云石煅白，解決了工業固體廢棄物高鎂磷尾礦的利用問題。然而這些方法均是對傳統橫罐式皮江法的改進，都沒有涉及豎式還原罐煉鎂技術，更沒有涉及用于大型豎式還原罐金屬鎂冶煉用球團的制備及防破碎技術。由于在傳統橫罐煉鎂過程中，球團在放入還原罐時基本不會發生較大程度碰撞，不會出現因球團破碎率高而影響生產效率的情況。在橫罐技術向豎罐技術發展時，遇到球團傾倒至罐內后破碎嚴重問題，導致出鎂率降低，生產效率下降。因豎罐技術屬于發展初期，目前僅有的使用手段是采用托盤將球團緩慢傾倒至還原罐內，這種方法耗時耗力，亟需改進。技術實現要素：1.發明要解決的技術問題本發明的目的在于克服現有技術中豎罐煉鎂法出鎂率低的不足，提供了一種用于冶煉金屬鎂的球團，本發明的球團具有較大的結構強度，可有效降低球團的破碎率，提高單位體積原料的產鎂量，降低了噸鎂生產成本；此外，本發明還提供了球團的制備方法，該方法制備的球團傳熱效果好、破碎率低，適用于硅熱法冶煉金屬鎂的工業化生產。2.技術方案為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：本發明的一種用于冶煉金屬鎂的球團，包括煅白粉料、硅鐵粉和螢石粉，球團各成分的重量比為：煅白粉料75份～85份、硅鐵粉10份～20份、螢石粉2份～10份；成球壓力為120kg/cm2～160kg/cm2，球團的孔隙率為20％～40％，球團的等效直徑為15mm～25mm。在一定壓力范圍內，隨著壓力的增加，球團的強度逐步增高，破碎率更小；然而因涉及到金屬鎂冶煉在高溫下的化學反應，不同的球團成型壓力會導致不同的化學反應速率，從而影響生產效率，導致壓力范圍確定的復雜性。為了既能降低球團破碎率，又能夠不影響反應效率，本方案在控制成球壓力的同時，對球團的等效直徑和孔隙率也做出了限制。通過降低單個球團的等效直徑，縮短了球團表面向中心的傳熱路徑，減少了傳熱時間，且制備的球團孔隙率高于20％，微孔的增多也改善了球團的傳熱效果，進而提高了反應速率。本發明選取球團最佳成型壓力范圍為120kg/cm2～160kg/cm2，既保證了球團裝入豎罐時破碎率低于2％，又確保了還原反應的最終出鎂率在90％以上，而且不會降低生產效率，具有突出的實質性進步。進一步地，所述球團的粉料細度分布為：-100目～-150目為60％～80％、-150目～-250目為20％～40％。通過限定粉料細度分布，保證了還原反應過程中原料和還原劑顆粒的緊密接觸，縮短了原子移動路程，同樣能夠加快化學反應速率。進一步地，所述球團密度為1.8g/cm3～2.2g/cm3。該密度范圍是在本專利選取的粉料細度和成型壓力范圍下制取大量球團所測的實驗值，主要體現球團的成型壓力和孔隙率。若球團密度低于1.8g/cm3，則說明球團成型壓力過小，還原反應過程中原料和還原劑顆粒的緊密接觸度不夠，原子移動路程增加，化學反應速率降低；若球團密度高于2.2g/cm3，則說明球團成型壓力過大，此時制備的球團孔隙率較低，微孔的減少會惡化球團的傳熱效果，也會降低反應速率。進一步地，所述煅白粉料由白云石煅燒而成，其水化活性度不低于25％。煅白水化活性度理論最高值為37.5％，根據分析實驗，選取25％為節點，低于此值產鎂效率急劇下降，所以選用煅白水化活性度不低于25％，越接近理論值37.5％效果越好。進一步地，所述球團在400℃～600℃下烘干。進一步地，所述還原劑硅鐵合金含硅量不低于70％。進一步地，所述螢石中caf2含量不低于95％。本發明的一種用于冶煉金屬鎂的球團的制備方法，其制備步驟為：步驟1、將水化活性度不低于25％的合格煅白粉料、含硅量不低于70％的還原劑硅鐵合金粉料和caf2含量不低于95％的催化劑螢石粉料進行稱重，其比例如下：煅白粉料75份～85份、硅鐵合金粉料10份～20份、螢石粉料2份～10份；步驟2、在稱重配比后進行充分混合，置入帶篩球磨機進行研磨并篩分出混合物料，所篩分混合物料細度分布為：-100目～-150目為60％～80％、-150目～-250目為20％～40％；步驟3、把篩分后的物料混合均勻，然后通過高壓對輥壓球機進行壓制成球，球團成型壓力為120kg/cm2～160kg/cm2，合格球團等效直徑為15mm～25mm。步驟4、將合格球團在400℃～600℃下烘干1～2小時。本發明將煅白粉料的水化活性度限定為不低于25％，可以保證還原過程中原料煅白的化學反應活性，確保在較高反應速率下進行。在硅熱法煉鎂中，原料煅白吸潮不僅會降低化學反應速率，還會在還原過程中因釋放出的水蒸氣與硅鐵反應導致消耗還原劑，影響最終出鎂率，增加了生產成本。眾所周知，傳統硅熱法煉鎂生產過程中解決吸潮的方法有兩種，一種方法是使用水化活性度較低的煅白，但水化活性度較低的煅白還原性能也較差，會導致出鎂率的下降，增加了噸鎂產量成生產本。另一種方法是將球團置入牛皮紙袋中存放，大量牛皮紙袋的使用同樣也會增加生產投資。即使采用這兩種方法，在空氣濕度較大的地方也不能徹底解決煅白吸潮的問題，這也是我國南方無法建立金屬鎂冶煉工廠及北方廠家夏季停產的原因，嚴重制約了我國金屬鎂冶煉行業的發展。本發明為保證球團較高出鎂率，限定了所選原料煅白粉料的水化活性度高于25％。為了將球團入罐前吸收水分量降到最低，本發明采取將成型后的球團在400℃～600℃下烘干1小時以上的措施，不僅可以保證隔絕外界水蒸氣，還可以將因煅白吸潮生成的氫氧化鎂、氫氧化鈣重新分解為煅白，確保煅白不會因吸潮而影響生產效率。本發明提供球團烘干的熱源可使用被還原爐排放的高溫煙氣加熱的預熱空氣，提高能源的重復利用率。3.有益效果采用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：(1)本發明的一種用于冶煉金屬鎂的球團，其成球壓力控制在120kg/cm2～160kg/cm2，球團的等效直徑為15mm～25mm，通過控制成球壓力、減小球團直徑的方法，使生產出的球團傾倒至還原罐內時破碎率大幅度降低；此外，金屬鎂冶煉是在高溫下的化學反應，不同的球團成型壓力會導致不同的化學反應速率從而影響生產效率，而本發明通過減小有效直徑和控制孔隙率來控制反應時的熱傳遞，保證化學反應的高效進行，保證了冶煉時的出鎂率；(2)本發明的一種用于冶煉金屬鎂的球團的制備方法，所制備球團限定原料煅白粉料的水化活性度不低于25％，并在400℃～600℃下烘干，不僅可以保證隔絕外界水蒸氣，還可以將因煅白吸潮生成的氫氧化鎂、氫氧化鈣重新分解為煅白，確保煅白不會因吸潮而影響生產效率；(3)本發明的一種用于冶煉金屬鎂的球團的制備方法，將混合物料細度分布限定為：-100目～-150目為60％～80％、-150目～-250目為20％～40％，保證了還原反應過程中原料和還原劑顆粒的緊密接觸，縮短了原子移動路程，加快了化學反應速率；通過本發明方法制備的球團傳熱效果好、破碎率低、化學反應速率高、生產周期短，適用于硅熱法冶煉金屬鎂的工業化生產。具體實施方式為進一步了解本發明的內容，結合實施例對本發明作詳細描述。實施例1本實施例中準備80份水化活性度為28％的煅白粉料(即煅燒白云石)，17份含硅量為75％的硅鐵合金，以及3份caf2含量為98％的螢石粉，將上述配料送入帶篩球磨機進行混合碾磨篩分，研磨篩分后的混合物料細度分布為：-100目～-150目為80％，-150目～-250目為20％。所篩選的兩種細度的粉料經過均勻混合后，由輸送機送入高壓對輥壓球機進行壓制成型，球團成型壓力在150kg/cm2左右，球團形狀為核桃狀或橢球狀，直徑20mm左右，厚度14mm左右，然后將球團在500℃溫度下烘干1小時。所制備球團平均密度為2.0g/cm3，球團的孔隙率為33％。將成品球在高度為6米的還原罐灌頂傾倒至罐內，經檢測球團破碎率為2％。對球團內煅白活性度進行檢測，檢測結果為27.8％。實施例2本實施例中準備77份水化活性度為31％的煅白粉料(即煅燒白云石)，15份含硅量為73％的硅鐵合金，以及8份caf2含量為96％的螢石粉，將上述配料送入帶篩球磨機進行混合碾磨篩分，研磨篩分后的混合物料細度分布為：-100目～-150目為76％，-150目～-250目為24％。所篩選的兩種細度的粉料經過均勻混合后，由輸送機送入高壓對輥壓球機進行壓制成型，球團成型壓力在145kg/cm2左右，球團形狀為圓球狀，直徑19mm左右，然后將球團在400℃溫度下烘干2小時。所制備球團平均密度為1.95g/cm3，球團的孔隙率為35％。將成品球在高度為6米的還原罐灌頂傾倒至罐內，經檢測球團破碎率為1.8％。對球團內煅白活性度進行檢測，檢測結果為30.7％。實施例3本實施例中準備82份水化活性度為35％的煅白粉料(即煅燒白云石)，14份含硅量為78％的硅鐵合金，以及4份caf2含量為98％的螢石粉，將上述配料送入帶篩球磨機進行混合碾磨篩分，研磨篩分后的混合物料細度分布為：-100目～-150目為65％，-150目～-250目為35％。所篩選的兩種細度的粉料經過均勻混合后，由輸送機送入高壓對輥壓球機進行壓制成型，球團成型壓力在160kg/cm2左右，球團形狀為橢球狀，直徑17mm左右，厚度15mm左右，然后將球團在520℃溫度下烘干1.2小時。所制備球團平均密度為2.16g/cm3，球團的孔隙率為28％。將成品球在高度為6米的還原罐灌頂傾倒至罐內，經檢測球團破碎率為1.5％。對球團內煅白活性度進行檢測，檢測結果為34.8％。實施例4本實施例中準備85份水化活性度為26％的煅白粉料(即煅燒白云石)，13份含硅量為80％的硅鐵合金，以及2份caf2含量為99％的螢石粉，將上述配料送入帶篩球磨機進行混合碾磨篩分，研磨篩分后的混合物料細度分布為：-100目～-150目為70％，-150目～-250目為30％。所篩選的兩種細度的粉料經過均勻混合后，由輸送機送入高壓對輥壓球機進行壓制成型，球團成型壓力在156kg/cm2左右，球團形狀為枕形，直徑22mm左右，厚度15mm左右，然后將球團在580℃溫度下烘干1小時。所制備球團平均密度為2.1g/cm3，球團的孔隙率為30％。將成品球在高度為6米的還原罐灌頂傾倒至罐內，經檢測球團破碎率為1.8％。對球團內煅白活性度進行檢測，檢測結果為26％。實施例5本實施例中準備75份水化活性度為33％的煅白粉料(即煅燒白云石)，16份含硅量為76％的硅鐵合金，以及9份caf2含量為95％的螢石粉，將上述配料送入帶篩球磨機進行混合碾磨篩分，研磨篩分后的混合物料細度分布為：-100目～-150目為74％，-150目～-250目為26％。所篩選的兩種細度的粉料經過均勻混合后，由輸送機送入高壓對輥壓球機進行壓制成型，球團成型壓力在130kg/cm2左右，球團形狀為杏仁狀，直徑24mm左右，厚度20mm左右，然后將球團在450℃溫度下烘干1.5小時。所制備球團平均密度為1.82g/cm3，球團的孔隙率為38％。將成品球在高度為6米的還原罐灌頂傾倒至罐內，經檢測球團破碎率為1.95％。對球團內煅白活性度進行檢測，檢測結果為32.6％。對比例以現有技術中對比文件2中制備的球團作為對比例，對兩者分別進行實驗檢測，結果如下：項目現有技術本發明方法球團等效直徑>30mm<25mm球團孔隙率<15％>20％成球率92％99％豎罐裝料破碎率>10％<2％出鎂率78％93％料鎂比>7<6水化活性度下降>3％<0.5％根據該表可知，本發明所制備的鎂球團在進行豎罐裝罐時破碎率大幅度降低，而且出鎂率高，降低了料鎂比，減少了噸鎂生產成本；此外，本發明中煅白的活性度變化較小，降低了單個球團的等效直徑，縮短了球團表面向中心的傳熱路徑，減少了傳熱時間，且制備的球團孔隙率高于20％，微孔的增多也改善了球團的傳熱效果，化學反應速率高，生產周期短，適用于硅熱法冶煉金屬鎂的工業化生產。以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。當前第1頁12