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你了解高纯镁砂的生产工艺吗

发表时间:2022-08-15 访问量:5384

      我国是世界上镁砂生产大国,年产量己达到6×106吨。产品部分用于生产制备耐火材料外,大部分用于出口,出口量占国际市场贸易总额的60%。但我国的镁砂生成却存在矿石开采过度无序,生成技术及工艺落后等诸多问题,因此高品位的菱镁矿越来越少,生产的镁砂产品质量也越来越差,不仅不能满足我国钢铁行业发展需要,而且在国际上也难以获得高竞争力,利润空间小。因此,近年来各高校、科研院所、企业越来越重视高纯镁砂产品的研究。

     高纯镁砂是一种高纯度、高熔点(2825℃)、结构致密的镁砂产品,有97、98两个牌号。其中特优级高纯镁砂在我国并没有稳定供应的产品,在辽宁仅后英集团和岫岩万成集团等几家企业能生产供应优级高纯镁砂,其他均为高纯普通砂。高纯镁砂在钢铁冶炼、玻璃、水泥、高温化学等工业领域均有广泛应用。

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      高纯镁砂的生产工艺主要有化学法和浮选煅烧法两大类。以盐湖镁盐及海水为原料,人工合成高纯镁砂是美国、日本和西欧等国的研究重点,目前己经开发出高品质的人工合成镁砂。我国在这方面的研究相对滞后,研究较多的是碱法、石灰石法以及氨法等,但我国盐湖镁盐的资源丰富,尤其是青海的柴达木盆地,有高达48.15亿吨的盐湖镁盐和31.43亿吨的水镁石储量,因此发展潜力巨大。辽宁等菱镁矿丰富的地区则多采用浮选煅烧法,由于矿石质量难以保证,生产的镁砂无论是纯度,还是体积密度都无法与化学法进行竞争。

化学法:

方法一:氯化铵浸出-煅烧法

      以菱镁矿为原料,采用化学选矿提纯除杂方法制得的镁砂氧化镁含量达到99.21%。

(1)生产原理

      以低品位菱镁矿为原料,采用氯化铰循环浸出-氨法沉镁技术生成高纯镁砂,MgO含量≥99.97%,密度达3.41g/cm3。

(2)工艺流程

      菱镁矿→煅烧→NH4Cl浸出→浸出液→氨法沉镁→Mg(OH)2→二步煅烧→高纯镁砂

方法二:石灰石一苦卤法

a)生产原理

石灰石锻烧后制备生石灰:

CaCO3→CaO+CO2(1)

生石灰与水混合变成石灰乳:

CaO+H2O→Ca(OH)2(2)

石灰乳与氯化镁反应制得氢氧化镁:

MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2(3)

氢氧化镁受热分解生成氧化镁:

Mg(OH)2→MgO+H2O(4)

(2)生产中应注意的几个问题

①卤水中MgCl2质量浓度是决定产物过滤性能的重要因素,需控制在107-113g/L之间。如果MgCl2含量过高,生成的晶体颗粒会较小、较细,导致过滤困难;如果MgCl2含量过低,生成的晶体颗粒会较大,虽利于过滤,但由于母液夹带过多,不仅影响设备生产能力,而且难以保证回收率。

②工业用水中有大量的CO32一、HCO3一、以及游离的CO2,当与卤水中的Mg2+发生反应并生成沉淀时会极大影响产品的质量和收率,所以必须要有脱碳措施,而且得到Mg(OH)2也要用脱碳水进行洗涤,将氯离子洗净。

③Ca(OH)2的粒度需小于0.071mm。

④石灰在空气中极易失活,所以必须要密封存放。

方法二:氨法

将一定浓度的氯化镁溶液精过滤后与氨水混合,方程式如下:

2NH3+2H2O+Mg2+→Mg(OH)2↓+2NH4+(5)

反应结束后进行过滤,得到沉淀和滤液。过滤得到的Mg(OH)2沉淀经煅烧或电熔得到最终产物镁砂;过滤得到的滤液为一次母液,虽然其中的Mg2+含量较低低,但NH4+含量较多,故要进行回收。

(2)工艺特点

      氨法工艺的优点在于:一、工艺比较简单;二、原料氨水价格低廉,且反应的副产品氯化铵可以回收,成本低;三、反应过程中不受SO42-,CO32-,HCO3-等杂质的影响,净化成本低,产品纯度高。

氨法工艺的缺点在于:一、氢氧化镁为胶状沉淀,颗粒较细,滤饼含水量高,过滤困难使产品的纯度难以得到保证;二、一方面反应形成的NH3-NH4C1的缓冲体系使溶液的pH值长时间稳定在9.0左右,Mg2+不易沉淀完全,另一方面反应会消耗大量的原料氨水,因此氢氧化镁产率难以得到提高,仅为80%左右。

(3)生产中应注意的几个问题

      采用氨法制备高纯镁砂,首先要做好卤水的前置处理工序,控制浓度在并采用脱碳水作为溶剂;其次要严格控制工艺因素,如反应温度(50-60℃)、反应时间(pH大于12时氨化反应达到平衡时间为15min)、镁和氨物质的量比(1:1.2)、以及反应物料的浓度(30g/L左右)等;第三优化煅烧工艺,因为无论是一步煅烧法还是二步煅烧法,烧结温度都需达到1800℃,所以必须在保证产品质量的前提下降低烧结温度,控制能耗,降低成本。

浮选煅烧法:

      锻烧菱镁矿是我国目前生产镁砂的最主要方法的方法。在“天然菱镁矿制取优质高纯镁砂新工艺技术及高温坚窑”课题的引领下,为解决大结晶菱镁石难烧结等诸多难题,经过数年的自主攻关试验,终于开发了切实可行、符合我国国情、生产效果优异的将菱镁矿轻烧、磨细、压球和再死烧的“二步煅烧”新工艺。将该工艺与处理粉矿的浮选工艺相结合,并采用高温油坚窑、悬浮焙烧炉、高压压球机、辊式磨等设备,生产的高纯镁砂MgO质量分数在98%以上,体积密度达3.30g/cm3,结束了我国没有高纯镁砂的历史。随着工业生产实践的发展,浮选煅烧工艺也得到不断优化完善,生产出的高纯镁砂各项性能质量指标均大幅提高,其中氧化镁含量、体积密度为、CaO/SiO2比等关键指标均已达国际先进水平。

以菱镁粉矿制备高纯镁砂的具体工艺为:

      用辽宁省海城市牌楼镇矿区的废弃一级菱镁矿粉矿,粒度范围为0-15mm,其矿物组成比较简单,主要矿物为菱镁矿、白云石,次要矿物为滑石、斜绿泥石,微量矿物有石英、透闪石、方柱石以及褐铁矿、黄铁矿等。MgO及有害成分SiO2,CaO,Fe2O3,Al2O3,等在矿石中分布均匀,并无明显富集现象,有害元素钙、铁以类质同象和微细机械包体形式存在于菱镁矿晶格中。

      从我国国情出发,生产高纯镁砂的工艺为:以优质菱镁矿为原料,以煤气为燃料,首先在反射窑轻烧,其次将得到的轻烧粉细磨并干法压球,最后在高温油坚窑中对镁球进行第二次煅烧,生产得到的高纯镁砂MgO含量97(w)%,体积密度在3.25-3.30g/cm3之间。该工艺的设备已完全国产化,产品质量也满足了我国大部分镁质耐火材料对镁砂质量性能的要求。据统计辽宁省目前有高纯油坚窑及中档坚窑近200座,年产高纯镁砂150多万吨,并一定量出口。


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