菱镁矿煅烧生产氧化镁工艺.docx

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菱镁矿煅烧生产氧化镁工艺

菱镁矿生产氧化镁工艺

1.菱镁矿概况

菱镁矿，又称菱苦土，是我国优势矿产资源，也是重要的出口矿产品之一，分子式为MgCO3，属三方晶系，是镁的碳酸盐矿物,理论成分为MgO占47.81%、CO2占52.19%，常有铁、锰替代镁，但天然菱镁矿的含铁量一般不高，是制造碱性镁质耐火材料和提取金属镁的主要原料。

菱镁矿形成于含镁热液交代沉积形成的碳酸盐地层或富含镁的超基性火成岩经热液蚀变的地层中,在多期变质和多期形变的作用下形成变质层状菱镁矿矿床和热液交代滑石矿床,菱镁矿受应力作用生成滑石矿,在区域性热动力作用下形成两矿床相间分布的状态,因此在含镁热液交代沉积形成的菱镁矿中常含有一定量的滑石。

因其成矿条件的不同分为:

晶质菱镁矿和非晶质菱镁矿,见表1。

晶质菱镁石按结晶颗粒大小分为：

粗结晶（大于5mm）、中晶质（l-5mm）、细晶质（小于1mm）。

隐晶质镁石的成分一般较纯，是由0.001mm的晶粒组成的。

表1菱镁矿的物理性质

种类

密度（g·cm-3）

莫氏硬度

光泽

条痕

颜色

形状

晶质

2.90-3.12

3.5-4.5

玻璃光泽

白色

白、灰

粒状

非晶质

2.90-3.00

4-6

暗淡或土状

白色

乳白

块状

非晶质菱镁矿在中国储量极少,大石桥地区的菱镁矿主要是结晶质的。

属于方解石族、三方晶系、解理完全、具有玻璃光泽、呈粒状或致密块状集合体,矿物中常见的杂质有与MgCO3类质同象的铁和猛的碳酸盐,硅酸盐矿物,如滑石（3MgO4SiO2·H2O）、蛇纹石（3MgO·2SiO2·2H2O）和石英（SiO2）及硅酸盐银质矿物。

由于杂质的存在,使结晶质镁石的颜色呈灰白色、微带浅黄色、青灰色、灰褐色及肉红色等。

Ca2+和Mg2+由于阳离子半径相差过大，不能相互代替,但组成了复化合物CaMg（CO3）2，在其晶体结构中Ca2+和Mg2+相间排列,秩序井然，具有稳定的化学性质，形成白云石，菱镁矿的主要矿物及脉石矿物组成。

2.辽宁菱镁矿资源现状

菱镁矿是世界上最重要的耐火原料之一。

辽宁菱镁矿石的储量、产量及镁质耐火材料生产量、出口量均居世界首位。

辽宁菱镁矿资源主要分布在海城、大石桥、岫岩、凤城、宽甸、抚顺等地区，目前已经地质勘查的矿区有12个，保有储量25.77亿t，约占全国总储量的85%，约占世界总储量的20%。

辽宁菱镁矿品位高，杂质少，工业利用价值高。

在已探明的总保有储量中，LM-46、LM-45品级菱镁矿储量占总储量的一半以上，其中LM-46品级以上的菱镁矿占总储量的40%左右。

此外，辽宁省菱镁矿资源集中，矿床巨大，如海城-大石桥菱镁矿带的矿体长50km，宽2～6km，而且埋藏浅，极适合露天大规模机械化开采；另外,矿带处于经济发达的辽南地区的丘陵地带,公路、铁路运输十分方便。

这些有利条件使辽宁的菱镁矿采矿业迅速发展,并逐渐形成中国乃至世界的菱镁矿石生产、供应基地。

辽宁现有矿山开采企业121家，年开采量约1200万～1500万t,全部供省内生产企业使用。

目前已开采的菱镁矿山中，大型菱镁矿山（储量≥5000万t）有4座，中型菱镁矿山（储量在1000万～5000万t）有9座；从分布情况看，海城地区33座，大石桥地区有27座，岫岩地区有22座，凤城地区有10座，宽甸地区有10座，抚顺地区3座，其他地区零星分布16座小矿山。

3.辽宁地区菱镁矿主要产品及生产现状

菱镁矿石主要用于煅烧轻烧氧化镁、烧结镁砂、电熔镁砂等耐火原料。

辽宁现有各类用于生产耐火原料的煅烧炉窑2771座，其中轻烧窑1367座，重烧窑454座，电熔炉950座。

2008年共生产轻烧氧化镁395万t，其中出口15.8万t；生产烧结镁砂（含中档镁砂、高纯镁砂）452万t；其中出口63.8万t；生产电熔镁砂128万t，其中出口37.4万t；生产合成镁砂14万t，其中出口4万t。

3.1轻烧氧化镁

轻烧氧化镁是一种十分重要的基础镁质原料,所有镁质深加工产品都必须以它为基础原料。

根据其化学成分及形状不同分别应用于压球制造各种品位的高纯镁砂和中档镁砂;与含Al2O3原料合成尖晶石等复合材料;生产电熔镁砂（耐火级或电工级）;作转炉脱硫粉剂的基础原料;作深加工镁质制品的基础原料,如轻质MgO、轻质MgCO3等;作镁肥和菱镁化工产品的基础原料。

3.2烧结镁砂

烧结镁砂主要用于低档镁砖的生产以及作为补炉料的主体原料。

由于采用二、三级菱镁矿原石,并用竖窑生产,产品的价位较低,有一定的市场。

该产品生产的主要问题是污染粉尘的排放。

3.3中档镁砂

中档镁砂是含MgO约95%（质量分数）的烧结镁砂,是采用轻烧氧化镁粉为原料湿法成球,以焦炭为燃料在竖窑内烧结而成的。

中档镁砂是镁质制品中一个重要的的镁砂品种,主要应用于中档镁砖、直接结合砖和镁尖晶石砖,以及一些镁质不定形耐火材料中。

3.4电熔镁砂

由于电熔镁砂结晶大、致密,是生产炼钢转炉、电炉以及精炼钢包渣线用镁碳砖不可取代的最佳主体原料,其中,低Fe2O3的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,属国家能源政策限制发展的产业,其发展将受到实施分类电价政策的冲击。

3.5高纯镁砂

高纯镁砂主要用作生产高级直接结合镁砖、镁尖晶石砖的主体原料，同时可取代部分电熔镁砂作为炼钢用镁碳砖的原料以降低成本。

根据生产实践,高纯镁砂主要分为3个品种,分别为:

特优级镁砂,w（MgO）≥97.5%，m（CaO）/m（SiO2）≥2，体积密度≥3.3g·cm-3；优级镁砂，w（MgO）≥97.2%，体积密度≥3.28g·cm-3；普通镁砂，w（MgO）=96.8%～97.2%，体积密度≥3.25g·cm-3。

4菱镁矿生产氧化镁主要设备及工艺

菱镁矿煅烧生产氧化镁对于煅烧所用的矿石，要求其MgO>45%，SiO2<1.2，CaO<1.5%。

菱镁矿煅烧的实质是碳酸盐的分解：

MgCO3=MgO+CO2。

菱镁矿加热至640℃以上，开始分解为氧化镁和二氧化碳，在100~1000℃煅烧时，二氧化碳没有完全逸出，产物为一种粉末状物质，称为轻烧镁（也称苛性镁、煅烧镁、α-镁），其化学活性很强，具有高度的胶粘性，易于与水作用生成氢氧化镁。

在1400~1800℃煅烧时，二氧化碳完全逸出，由于再结晶和烧结的发生，氧化镁形成方镁石致密块体，称为重烧镁（硬烧镁、死烧镁、β-镁），这种重烧镁具有很高的耐火度。

在2500~3000℃将重烧镁熔融，经冷却凝固发育成完好的方镁石晶体，称为电熔氧化镁称为电熔氧化镁或熔融氧化镁，高温煅烧的氧化镁不易与水和碳酸结合，具有硬度大，抗化学腐蚀性强，电阻率高等特性。

由于菱镁矿的这些煅烧产品具有不同的化学性质和特性，因此用途各不相同。

目前，我国生产烧结镁砂的主要是竖窑，生产轻烧镁可采用竖窑、回转窑和隧道窑，生产电熔设备主要是电熔镁炉。

4.1竖窑

1.竖窑是一种不转动的立式煅烧设备。

如图1所示，为竖窑结构示意图，它的特点是结构简单，一次投资少，与回转窑相比，产量低、消耗大、成品活性低。

图1竖窑示意图

1-烟囱2-布料器3-窑炉内衬

4-气化冷却炉衬5-出料器

竖窑的窑型可以是直筒窑，也可以是变径窑。

变颈窑可以是直井窑（即上部小、下部大），或大肚窑（即上部和下部小、中间大）。

不管是直井窑还是大肚窑，其高温带都在中部。

大肚窑的高温带在大肚部分，直井窑的高温带在冷却带和预热带之间（预热带占窑总高的50%，冷却带占窑总高的25%）。

按加热方式来分，可分为外加火室的竖窑（即侧部带2—4个火室）和煤、石分层或煤、石混合的料层燃烧的竖窑。

不带外加火室的竖窑，在竖窑的底部设有进风管或在竖窑的下部设有围风管。

窑内煤石分层（即一层煤、一层石）时，这种窑反应带的温度能达到1200℃以上，菱镁矿能彻底分解。

外加火室的竖窑采用烟煤作为燃料，这种煤的发热值通常在（25.1~29.3）×103KJ/Kg，无烟煤为碎煤，不要块煤，含水量为10%；焦炭的发热值在（33—35）×103KJ/Kg，焦炭粒度在20~40mm。

2.工艺过程

轻烧粉采用竖窑烧成时，烧成温度为900～1100℃，上部加矿石，中部燃烧，底部出轻烧粉，由于烧成过程中灼减物挥发，烧成后镁石失去晶体光泽，变成白色块状料。

MgCO3在350℃开始分解，550～600℃时，反应激烈，到1000℃时分解完全。

但没有形成烧结，结构变的疏松，无光泽，强度较低，用手即可掰开，但化学活性大，如果需要，轻烧镁砂可以进行粉磨。

采用竖窑生产烧结镁砂的煅烧工艺分为一步煅烧和两步煅烧，两步煅烧是利用一步煅烧的产品进一步煅烧以提高成品氧化镁含量。

一步煅烧生产烧结镁砂的工艺流程如图2所示

图2竖窑生产重烧镁砂工艺流程

烧结镁砂的矿石氧化镁含量一般>45％，Al2O3+SiO2<4%，菱镁矿（MgCO3）在350℃开始分解，在1000℃完全分解。

生产时，料直接从窑的上口加入，窑的中下部设有鼓风机向窑内吹助燃空气，由于加料的不均匀性，矿石在窑体的不同部位堆积密度不同，气流上升的过程中在横截面上会产生风洞，风洞太大可能将热量带走，产生欠烧。

同时料密实的部位通风差，风洞太小，空气太少，煤未完全燃烧，烧成温度低，也可能产生欠烧情况。

所以，由于竖窑本身所具有的缺陷决定了烧成的成品料不可能很均匀，因此拣选是生产烧结镁砂非常重要的工艺，镁砂的烧结温度大约为1500℃。

4.2回转窑

回转窑在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业中，广泛地使用回转圆筒设备对固体物料进行机械、物理或化学处理，这种设备被称为回转窑，回转窑的结构如图3所示。

回转窑的分类：

按照外型分分为变径回转窑和通径回转窑，按照用途分可以分为水泥回转窑、陶粒砂回转窑、高岭土回转窑、石灰回转窑等，按照供能效果不同又分为燃气回转窑，燃煤回转窑，混合燃料回转窑。

图3回转窑组成示意图

1-轮带2-筒体3-大齿圈4-拖轮5-传动机构6-档轮7-基础

菱镁矿通过电磁振动给料器或圆盘给料按生产要求，定量加入窑内，按回转窑长度控制好三带的长度，即冷却带占总长的25%、煅烧带（即反应带）占总长的25%、预热带占总长的50%。

矿石加入窑后，在窑气的预热下缓慢升温，以排出其中的水份和有机物，随着窑的转动，逐渐向窑头方向移动，至煅烧带时，矿石的温度应达到800℃以上。

随着窑的转动（回转窑的斜度一般为3%左右，转速控制在0.8～1.5r/min）,菱镁矿被带至窑内径1/4高度，又随窑壁滑下，这样周而复始的运动前移，由窑尾经预热带到高温煅烧带再到冷却带，再经窑头落入冷却机。

物料在窑内的厚度以5～8cm为宜，不允许在窑内出现断料现象。

窑头控制在微负压，以防火焰反扑，窑尾负压控制在29Pa以内，严禁烟囱冒黑烟或白烟。

4.3电熔镁炉

电熔镁炉是生产电熔镁砂的主要设备，电熔镁炉整体结构如图1所示。

1变压器，2短网，3电极夹，4电极，5炉壳，6小车，7电弧，8小车

图4电熔镁炉的原理示意图

电熔镁炉的结构可以分为两部分：

一部分为电熔镁炉的基本结构，另一部分为电熔镁炉的电气结构。

在电熔镁炉工作过程中，电极的放电部分埋藏于炉料内部，从工作原理上，属于矿热炉的一种，也称为埋弧电弧电阻炉，电极末端放电产生电弧，以电弧为热源。

其整体结构主要由变压器、短网、电极、电极升降装置、炉体等组成。

控制室位于炉子旁边，控制电极的升降。

目前的工艺流程分一步和两步锻烧熔融法：

一步熔融法是以天然菱镁矿石或提纯的菱镁矿精矿粉为原料在电弧炉中经2750℃以上的高温熔融而成；两步煅烧熔融法是将菱镁矿石或提纯的菱镁矿精矿粉，在竖窑或回转窑内经1000℃左右轻烧得到轻烧氧化镁粉，再经过细磨，压坯，最后在电弧炉内经高温熔炼制得电熔镁砂。

具体电熔镁砂生产工艺简易流程见图2、图3.

图2一步法电容镁砂生产工艺

图3二步法电容镁砂生产工艺

电弧炉熔炼电