硅熱法煉鎂用白云石球團(tuán)制備及煅燒工藝研究
為改變硅熱法煉鎂工藝存在資源利用率低、能耗高等缺陷,本文提出了造球→煅燒→還原硅熱法煉鎂新工藝,并對其造球關(guān)鍵步驟進(jìn)行研究?疾炝遂褵郎囟、制度等對煅燒效果的影響規(guī)律,結(jié)果表明: 白云石球團(tuán)煅燒過程是分步進(jìn)行的,首先是低溫階段MgCO3的煅燒分解過程,然后是高溫階段CaCO3的煅燒分解過程。分階段煅燒可有效縮短煅燒分解過程,低溫煅燒分解過程球團(tuán)燒損率為18.43%,高溫煅燒分解過程球團(tuán)燒損率為21.06%,總燒損率為39.49%。
金屬M(fèi)g 及其合金具有比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱和電導(dǎo)性能好、阻尼減震、電磁外屏蔽、易于機(jī)械加工和容易回收等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用十分廣泛,已成為僅次于鋼鐵和鋁的第三大金屬工程材料。目前,中國90% 以上的金屬M(fèi)g 均采用硅熱還原法生產(chǎn)。硅熱還原法煉鎂基本流程: 先將白云石煅燒得到煅白,然后將煅白和還原劑按比例壓制成球團(tuán),最后將球團(tuán)進(jìn)行真空還原得到金屬M(fèi)g。白云石煅燒過程中會產(chǎn)生5%的超細(xì)粉料無法利用,煅燒所得的煅白由于具有很強(qiáng)的吸水性,通常存放時間不能超過24 h。因此,現(xiàn)有煉鎂工藝存在資源利用率低、能耗高等缺陷。因此,改變硅熱法煉鎂工藝,實(shí)現(xiàn)其資源高效利用和節(jié)能降耗是實(shí)現(xiàn)硅熱法煉鎂的關(guān)鍵。
本文根據(jù)白云石礦的物性特點(diǎn),提出將白云石礦先造球,后煅燒,最后進(jìn)行熱還原得到金屬M(fèi)g。即,將白云石、還原劑按一定的比例混料,然后添加一定的粘結(jié)劑造球得到生球團(tuán),然后將生球團(tuán)煅燒得到具有一定孔隙度的熟球團(tuán),最后將熟球團(tuán)進(jìn)行熱還原得到金屬M(fèi)g。本文主要考察了煅燒溫度、制度等對煅燒效果的影響規(guī)律,為制備高反應(yīng)活性和穩(wěn)定性的硅熱法煉鎂用球團(tuán)提供了理論和試驗(yàn)依據(jù)。
1、試驗(yàn)
1.1、白云石球團(tuán)原料
試驗(yàn)選用的白云石物相組成為CaMg( CO3)2,化學(xué)組成( 質(zhì)量比) 為: MgO,21.73%;CaO,31.05%;Al2O3,0.16%;SiO2, 0.44%;Na,0.02%;Fe, 0.07%;K,0.005%。還原劑選用75 硅鐵,化學(xué)組成為: Si,75.6%;Al,1.24%;S,0.091%;C,0.015%。粘結(jié)劑為復(fù)合粘結(jié)劑,主要是由有機(jī)粘結(jié)劑和無機(jī)粘結(jié)劑按比例混合而成的。其中球團(tuán)是按照白云石燒制為段白中M(MgO) /M(CaO) = 1(MgO/CaO 的摩爾比接近1) 時,進(jìn)行計(jì)算成分配比,即段白/硅鐵/螢石摩爾比為79.83%:17.08%:3.09%,所以球團(tuán)中成分配比為白云石/硅鐵/螢石摩爾比為87.47% :10.61%:1.92%。配入球團(tuán)總物料質(zhì)量的3%的復(fù)合粘結(jié)劑,輔助球團(tuán)的成形。物料混合后在圓盤造球機(jī)上進(jìn)行制團(tuán),實(shí)驗(yàn)所用球團(tuán)為直徑10 mm 的球團(tuán)。
1.2、樣品的性能及表征
球團(tuán)的燒損率是指預(yù)制球團(tuán)在煅燒過程可以燒去的質(zhì)量分?jǐn)?shù)( 如預(yù)制球團(tuán)中的水分、CO2及有機(jī)物等) 。球團(tuán)的燒損率可用下列公式來計(jì)算
式中: A 為球團(tuán)的損失率;W1為球團(tuán)的初始質(zhì)量,g;W2為煅燒后球團(tuán)的質(zhì)量,g。
3、結(jié)論
(1) 白云石球團(tuán)燒損率隨溫度的升高、保溫時間的延長而增大,球團(tuán)內(nèi)的白云石中的CaCO3·MgCO3是分兩個階段進(jìn)行的,第一階段是MgCO3的分解,第二階段是CaCO3的分解。
(2) 為了降低球團(tuán)煅燒能耗,提高濟(jì)源利用率,避免球團(tuán)中CO2溢出過快導(dǎo)致球團(tuán)破裂,可以制定新的球團(tuán)煅燒制度,即白云石球團(tuán)煅燒在載氣條件下可分為兩個階段,第一階段為1073 K 的低溫段,保溫時間為30 min;第二階段為1273 K 的高溫段,保溫時間為30 min。
(3) 白云石球團(tuán)采用新的煅燒工藝后,其中低溫煅燒分解過程球團(tuán)燒損率為18.43%,高溫煅燒分解過程球團(tuán)燒損率為21.06%,球團(tuán)燒損率為39.49%,滿足硅熱法白云石燒損要求。