菱镁矿煅烧生产氧化镁工艺.docx

1、菱镁矿煅烧生产氧化镁工艺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%、CO2占%，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

2、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，是由的晶粒组成的。表1 菱镁矿的物理性质种类密度(gcm-3)莫氏硬度光泽条痕颜色形状晶质玻璃光泽白色白、灰粒状非晶质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(3MgO4SiO2H2O)、蛇纹石(3MgO2SiO22H

3、2O)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，保有储量亿t，约占全国总储量的85%，约占

4、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26km，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

5、，大型菱镁矿山(储量5 000万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，其中出口万t；生产烧结镁砂(含中档镁砂、高纯镁砂)452万t；其中出口万t；生产电熔镁砂128万t，其中出口万t；生

6、产合成镁砂14万t，其中出口4万t。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。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。中档镁砂中档镁砂是含Mg

7、O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。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。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

8、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)%，m(CaO)/m(SiO2)2，体积密度cm-3；优级镁砂，w(MgO)%，体积密度cm-3；普通镁砂，w(MgO)=%，体积密度 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MgO45%，SiO2，CaO 45，Al2O3+SiO24%，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

9、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。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

10、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

11、度以58cm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。 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

12、，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熔镁砂的基本工艺过程分为三个阶段：起炉、熔化和收尾。先在炉底放一层底料，后放入三根电极。调整电极位置，起弧。起弧后电流稳定即可向电极附近加料，其中一部分料由电弧直接熔化，在电极下端形成

13、熔池，一部分料落入熔池熔化，随着料的投入和熔化，熔池上升。在熔融过程中，要随熔池上涨而不断调整电极上升。先前熔化的部分熔体逐渐因炉体散热降温而冷凝结晶，在熔池下形成熔坨。炉体内，靠近炉壳周边的原料不能熔化，起到保温作用。随着熔融时间的延长，熔池上涨，一直升到炉壳上口表面，此时熔融过程结束。停止供电。再用小车将熔炼完毕的电熔镁坨连同炉体一起拉离开熔融工位，进行自然冷却。然后出炉，人工破碎、分级，包装，制成产品。5.目前行业存在的主要问题1.矿石资源浪费严重菱镁矿资源是一种不可再生和不可缺少的战略资源。近年来,由于对镁质原料需求的迅猛增加，镁矿的开发与初级原料的开发速度迅猛增加,使矿山开发的合理性

14、遭到破坏，原来意义上的特级矿已十分罕见，一级矿紧缺。许多矿山开采没有正规的监管或者没有合理的技术支持，许多矿产资源也没有合理的规划就开采，使得天然菱镁资源的综合利用率极低，且难以保证质量。由于片面追求利益，很多矿山企业选择性开采优质矿石，致使大量的中、低品位矿石被废弃，很多在我国看来相对较差的镁矿石都未能利用，造成了资源的极大浪费。我国在开发菱镁矿的过程中，首先将特级或者一级富矿（MgO含量大于46%）用于生产高纯镁砂或者制备耐火材料，将二、三级菱镁矿（MgO含量43%46%）用于制造普通烧结镁砂、镁质耐火泥、转炉溅渣护炉用轻烧氧化镁球，低品位菱镁矿被废弃，造成资源的浪费，还会造成对环境的污染

15、。2.生产工艺落后，产品品位低，竞争力低。由于缺乏电行业技术标准和科学的热工制度，我国煅烧菱镁矿制备氧化镁的生产几乎无章可循，操作随意。传统竖窑以“粗放”型生产为主，需要消耗大量的人力资源，产品的质量与操作人员的水平有很大关系，生产中杂质多，成品MgO含量不高。高质量的镁砂产品无论从数量还是质量上都不能满足市场的需要，某些高纯度的镁砂，目前我国依赖于进口。以电熔镁砂为例，电熔镁产品价值取决于产品品位，1吨99%纯度的镁砂售价9800元，1吨%纯度的镁砂售价6500元，而普通镁砂售价还不到2000元。由于我国电熔镁产品品位低，优质品率低，镁砂99%纯度以上的产品几乎为零，98%的产品约为30%。

16、一方面，镁资源利用率低，镁资源严重流失；另一方面，电熔镁产品品味低，加之国内外钢铁行业需求大幅度下降，产能已经过剩，竞争力低，整个行业的平均开工率不足三成。特别是，含镁量45%以下的低品位菱镁矿石及尾矿，被大量废弃用作铺路，镁资源浪费严重。3.能源浪费严重。生产工艺的落后不仅造成了生产效率低、产品质量差，也造成能源的巨大浪费。由于燃料燃烧的不充分，竖窑的热效率仅为%，竖窑排放的烟气温度高达230以上，大量的热量随着浓烟排走，炉窑煅烧后的高纯镁砂温度在1700，普通镁砂产品高达1600，轻烧镁粉产品温度高达800，上述高温产品经自然冷却将能量释放到自然环境中，每年因显热不能回收也浪费巨大的能量。

17、据2006年统计，辽宁省电熔镁企业的耗电量已高达70亿千瓦时，占全省工业用电总量的%，占营口地区工业用电总量的50%以上。随着电熔镁产业规模不断扩大，造成严重的用电压力，供需矛盾和电网污染，现有电熔镁炉平均单耗2900千瓦时以上，比国际先进水平高20%以上，全省电熔镁行业多耗电20亿千瓦时，折合标准煤80万吨，电能浪费数量巨大。4.环境污染严重煅烧菱镁矿对环境的污染是众所周知的，我国镁砂产业基本仍在沿用国际上个世纪四五十年代的“粗放”的落后的生产方式。由于传统竖窑以煤作为燃料，黑烟排放量非常大，在镁砂生产过程中产生大量的含MgO的粉尘和含SO2的烟尘，不仅污染大气环境，也使整个生态环境下降。电

18、熔镁生产都是沿用传统的敞口冶炼方式，即使有除尘设备，也大部分停用，造成粉尘任意扩散，厂区内外乌烟瘴气，周边地区土地沙化十分严重，资料表明大石桥市已经形成28平方公里的污染带，每平方公里月降尘量最高竟达120吨。“尘肺”严重威胁着当地群众的生产和生活。6 解决问题的方向.整合矿山资源,推广选矿技术1.采取切实有效的战略措施，实现我国菱镁矿资源的可持续发展。要为采矿项目的规划和实施提供先进的技术支持，加大菱镁矿资源的综合开采和利用，认真执行“行业发展指导目录”，进一步整合开采量30万ta-1以上的菱镁矿山和老矿山，实施规模开采，集约经营，减少开采过程中的资源浪费。做好现有矿区的详查，按采矿设计开采

19、，延长矿山的使用寿命。2.加大对菱镁矿提高利用率方面的科研技术及资金支持，加大对菱镁矿分选提纯的资金投入，这样不但可以解决优质原料的缺乏，也可以提高菱镁矿的综合利用率，减少矿产资源的浪费。菱镁矿石提纯的方法有：1)浮选提纯生产精矿粉；2)热选提纯,即在生产轻烧MgO粉过程中进行提纯；3)轻烧MgO粉水浆提纯，即将轻烧MgO粉制成水浆，利用高纯水浆中杂质矿相的密度差进行提纯；4)化学与磁选提纯，它是生产电工级镁砂时用来除铁的一种方法。以上原料提纯方法，在几种同时使用时可以达到更好的效果。只有对原矿石进行选矿提纯才能生产出高品位的优质原料。此外还应加强对浮选尾矿的综合利用，例如利用尾矿来生产人工镁

20、橄榄石砂等，建设集选矿和生产高纯镁砂及尾矿利用为一体的大型化企业是今后的发展方向。.以创新为核心，积极开发新工艺新技术。随着优质菱镁矿资源的减少以及钢铁冶炼技术对耐火材料的要求进一步提高，未来用于高端耐火材料制品的原料将向高纯度、系列、复合方向发展，设备的更新步伐也一定加快。小容积的轻烧反射窑、焦炭竖窑等煅烧设备逐步会被回转窑、重烧竖窑等设备取代，总体上生产设备将会朝着大型化、自动化、使用清洁能源更节能环保的方向发展。1.推广以回转窑、外加热式回转窑等设备代替竖窑进行轻烧镁砂的制备。煅烧菱镁矿的设备中，大部分企业采用竖窑作为煅烧设备，有些企业也选择回转窑作为煅烧设备。用回转窑作为煅烧菱镁矿生产

21、氧化镁的设备，生产能力大，机械化程度高，劳动生产率高，产品质量稳定。特别是外加热式回转窑清洁生产新工艺彻底改变了传统工艺生产过程中污染重、能耗高、资源浪费严重、产品质量不高等弊端，是传统工艺的一次重大创新。该技术采用原煤热解水煤气为燃料，不但提高了燃烧效率，也降低了污染烟气的排放，并通过热交换，利用废气对燃烧室进风进行预热和进料的干燥，从而节省了热能，减少了煤的消耗。并且由于采用外加热生产，矿石在真空条件下焙烧，火焰不接触物料，消除了燃料对产品的污染；另外，在焙烧过程中温度可控，受热均匀，矿石分解速度快且完全，避免了传统工艺中生烧或者过烧的缺陷，提高了产品的质量。该技术也从根本上解决了废菱镁矿

22、渣的的严重浪费和烟尘污染的问题，也减少了CO2的排放，有显著的环境效益。2.采用电熔镁砂生产新工艺电熔镁砂新工艺是对整个电熔镁砂工艺进行优化，将电熔镁砂生产工艺和菱镁矿原料预处理工艺结合起来形成的一套新工艺，同时也对电熔镁坨的显热进行回收利用和熔炼过程中产生的烟气和CO2进行回收，使得电熔镁工艺更加节能和环保，该工艺流程如图4所示。图4电熔镁生产新工艺该工艺具有以下特征：1)电熔镁炉炉顶采用加盖封闭方式，使得菱镁矿熔炼过程中产生的高温烟气集中进入烟气热交换系统，对余热锅炉水进行预热，降温后的烟气经除尘后进入二氧化碳回收系统。2)菱镁矿原料经过预热系统预热，可以达到废气利用的效果和降低电耗的目的

23、。3)熔炼后的高温镁坨先进行余热回收，至方镁石晶体结晶完毕，将镁坨粉碎后送入干熄热交换塔与空气换热，排出的气体一部分经余热锅炉产生蒸汽发电，一部分用于预热原始物料。 对传统竖窑进行升级改造改革开放以来，特别时近二十年，随着国民经济的发展，我国竖窑的装备也产生了深刻的变化。各种技术改造不断涌现，使得传统的竖窑又焕发出了新的生机。根据产品的质量和需求的创新不断发生，产生了一系列成果，使竖窑这种设备为耐火材料工业的发展注入了新的活力。1.降低环境污染所采取的技术改造措施（1）煤作为燃料燃烧，会产生严重的环境污染。利用煤气发生炉，特别是两段式煤气发生炉，将煤燃烧变为煤气，代替煤进入竖窑煅烧菱镁矿。两段

24、式煤气发生炉的原理是第一段先对原料煤进行干馏，将煤中的可挥发性物质烃类干馏，产生热值较高的干馏煤气，干馏后同时产生剩余的碳化物质干焦，第二段向半焦供应空气，使剩余的碳化物氧化，产生以CO为主的低热值煤气，一二段煤气分别经净化后合并为混合煤气，通入竖窑中煅烧菱镁矿。根据检测结果表明，应用这一技术可使烟尘浓度由原来的m3降低到m3，林格曼黑度由原来的45级降低到01级。另外采用油窑煅烧，进一步降低固体燃烧灰分对产品和环境的污染，也可以起到一定的减少污染效果。海城镁矿总厂用重油烧中档镁砂，成产成本明显降低，后英集团和西洋集团也在陆续建立油烧中档镁砂窑。(2)采用高效除尘净化烟尘对镁砂竖窑的废气的除尘

25、方式主要采用袋式除尘器，袋式除尘器中可以设置耐高温材质，但遇到300的高温废气时，袋式除尘器的效率会降低，甚至损坏。受滤袋的限制，要求进布袋除尘器的烟气温度为150240。竖窑烟气经过除尘装置后，烟尘含量可控制在20mg/m3100mg/m3。对于重烧镁竖窑，可采用旋风除尘和高效陶瓷多管除尘等干式简易除尘设备，这两种设备价廉，温度适应性强。2.降低能耗采取的技术改进措施（1）产品显热回收技术首先将空气热交换系统置于盛装镁制高温产品的容器中，再将加热竖窑的进风口分别依次与热交换器和鼓风机相连。将产品热能加热空气作为新风鼓入竖窑中，把原来冷空气鼓变为热风鼓入以减少燃料消耗，提高燃烧效率，其中一部分

26、热能还可以用于冬季采暖和洗浴等用热，以减少煤炭的消耗。达到节能降耗的目的。（2）烟气热能回收利用技术通过对窑体进行改造，在窑体增设原料物料高温烟气预热室或预热段，以增加烟气与原料物料的热交换时间，在不影响烟气排放的前提下，将烟气热能尽可能的传递给原料预热，减少煅烧原料所消耗的热能。工艺流程如图1所示。图1 高温烟气预热回收工艺流程图（3）窑体强化保温技术目前企业的窑体温度温度较高，特别是重烧竖窑的表面温度可达160。对竖窑窑体采取强化保温隔热措施，覆以隔热保温材料，使窑体表面温度下降至65以下，进而达到节能的目的。（4）鼓风机变频调速改造工艺竖窑在煅烧过程中需要鼓入空气，若风量过大，不仅要消耗

27、过多的电能，而且会使大量的热能被带走；过小则会导致燃烧不充分。因此，控制一个合理的过剩空气量是实现节能的关键，对竖窑安装鼓风机调速装置可以实现这一目标。采用变频器控制风机风量的原理是：利用变频器内置PID调件，直接调节电动机的转速以保持恒定的风压，从而满足系统要求的压力。其工艺过程就是通过变频器对风压的自动调节，向竖窑鼓入所需的恒定风量，从而避免风量的过剩或者不足，实现节能目标。3.竖窑自动化改造随着自动化技术的发展，竖窑的自动化改造水平也在提高，其主要特点是：(1)采用DCS或小系统控制站，通过检测和控制设备对其生产过程进行监视、自动操作。(2)采用分区控制温度技术，以实现窑内温度的合理分布

28、与控制，根据烧成品种的烧成曲线温度分布，设置不同的温度控制区进行控制。(3)对竖窑的升温、保温、降温过程实行自动控制，减少操作中人为因素的影响，提高产品成品率。6.结语菱镁矿资源是一种不可再生和不可缺少的战略资源，应鼓励具有矿山资源和有条件的企业进行大规模的技术改造和设备更新，集中建设若干个大型原料基地。矿山剥岩、低品位矿石的提纯、大型轻烧、煅烧设备的开发建设及新的镁砂生产工艺产业化。只有建立大型原料基地，采用先进技术，形成规模效益，才有可能按市场经济原则，淘汰不具备均衡开采条件的矿山和浪费能源、污染严重的原料生产企业，实现 “淘汰落后”。只有坚持菱镁矿资源有效、合理开采利用，坚持低能耗、低排放、低污染，实现资源、经济效益和环境效益相统一的经营理念，坚持科技创新，调整产品结构，才能实现长期、稳定和可持续发展。