湖南耐火材料原料的提纯和应用

湖南耐火材料原料的提纯和应用

关键字：耐火材料原料

我国菱镁矿和铝矾土资源丰富，菱镁矿探明储量30亿吨、铝矾土探明储量10亿吨，均居世界第一。但是，由于长期以来开采方法不够科学，综合利用不尽合理，优质矿石开采过量，直接用于生产高档耐火材料的矿石越来越少，而大量的低品级矿石不能合理利用。为充分利用低品级菱镁矿石，20世纪80年代山东镁矿和辽宁海城镁矿先后建成了规模不同的菱镁矿浮选厂，由于受当时选矿技术、生产工艺、制造成本以及镁精矿粉后序加工工艺、设备的制约，两家菱镁矿浮选厂均被迫先后停产。因此，降低选矿成本、解决镁精矿粉后序加工难题是需要进行深入研究、探讨的重要课题。20世纪70年代末，山东镁矿建成了一条高硅菱镁矿热选提纯生产线，由于受技术水平和工艺设备制约，原料利用率低，经济效益差，投产后不久便被弃用。随着工艺设备的不断创新和菱镁矿资源综合利用研究的不断深入，给菱镁矿风选提纯技术提供了发展和深化的空间，为该技术用于生产创造了条件。20世纪70年代末80年代初，沈阳铝镁设计院、鞍山焦耐设计院和山西阳泉铝矾土矿进行了铝矾土的选矿研究，并进行了小型和半工业试验，取得良好效果。由于受当时选矿成本及后序产品加工的制约，没有用于生产。根据我国现有资源状况和国家循环经济政策的要求．铝矾土选矿提纯技术已具备转化成生产力的条件。
　　1.菱镁矿浮选提纯
　　1.1 矿石性质及入选矿石品位
　　我国的菱镁矿产地主要分布在辽宁海城、大石桥、岫岩和山东莱州以及河北邢台境内，各地的矿石性质不尽相同。山东镁矿浮选厂入选矿石为莱州粉子山矿区东、西两个采矿场的二、三级混级矿石，其矿物成分比较复杂，主要有用矿物是菱镁矿(87.9％)，脉石矿物有绿泥石(2.6％)、云母(3.7％)、滑石(2％)、石英(1.2％)，白云石(2.5％)。脉石矿物在菱镁矿中主要呈粗粒层状嵌布(80％)，部分脉石矿物呈网脉状、柱状、局部粗粒集结状嵌布。矿石比重约2291g／cm3。莫氏硬度3.4—5度。海城镁矿的入选矿石为i、ⅱ级矿粉矿。
　　1.2 选矿工艺流程
　　山东镁矿的选矿工艺流程为：入选矿石经过“三段一闭路”破碎，粉矿粒度<15 mm，合格粉矿经过“一段闭路”磨矿，分级溢流细度<0.074 mm含量占65％～70％，浓度30％～33％，然后在矿桨中加入脉石矿物捕收剂十二胺和起泡剂2#油，脉石矿物随泡沫上浮，经过“一粗一扫”反浮选，刮出占总量30％的尾矿。再在矿浆中加入脉石矿物抑制剂水玻璃和菱镁矿捕收剂氧化石蜡皂，并进行搅拌、调浆、调温，经过一次“正浮选”选出菱镁矿精矿，槽中剩余为中矿。
　　1.3 工艺改造试验室试验
　　由于扫选尾矿2产率7.08％，sio25.25％，mgo 44.36％，sio2、mgo含量都接近原矿。因此，有必要将扫选尾矿作为原矿利用，可以返回再选。中矿sio21.48％，mgo 45.33％，精矿与中矿混合后，sio2 0.57％，mgo 46.18％，指标接近后序产品要求，再进行一次脉石扫选，就能完全达到后序产品要求。另外，精矿过滤后滤饼水分与后序成型水分基本相同，过滤后的精矿滤饼不需要干燥，可以节省干燥工艺。
　　试验室试验设计了两个方案，方案一是将扫选尾矿和中矿返回再选，方案二是只用反浮选，并增加一次反浮扫选。
　　1.4 选厂工艺改造方案
　　方案一的精矿sio2为0.28％，产率66.30％；方案二的精矿si02为0.30％，产率70 60％。方案二的精矿质量完全达到后序产品要求，而且产率比方案一提高4 .3百分点，比原选矿流程提高15.2百分点。因此，采用方案二作为选厂的改造方案。

　　山东镁矿采用试验方案二作为改造依据，对选厂进行了技术、工艺改造设计，破碎、磨矿、分级流程、参数不变。浮选采用“一粗二扫”反浮选工艺流程脱硅、铝等杂质，将粗选尾矿l进行再选，刮出泡沫进行浓缩、过滤脱水后得到滑石粉，槽中所剩矿浆返回分级机。将扫选尾矿2、3合并返回分级机再选。扫选后槽中所剩精矿矿浆经过浓缩、过滤脱水，得到水分小于10％的滤饼，添加结合剂后直接用压球机成型，不用再进行干燥，省去干燥工艺。将浓缩池溢流水和过滤机滤液汇集到回水池，经过沉淀后供到选矿厂各用水点，因采用“全反”浮选工艺流程，在整个浮选过程中不用加抑制剂，回水可以全部利用，无废水排放。

　　1.5改造效果
　　(1)流程简化，易于操作。只用反浮选，省去正浮选，矿浆不需要加温，去掉了干燥工艺，节省人力，节约燃料。
　　(2)提高了产率。将扫选尾矿返回再选，提高了精矿产率。
　　(3)减少药剂种类。原工艺中要加4种药剂，改造后只用十二胺和2#油，不再使用水玻璃和氧化石蜡皂。
　　(4)回水可以全部利用。由于去掉了正浮选，简化了选矿工艺，减少了药剂种类，回水中相互作用的药剂没有了，回水可以全部利用，节约了新水用量，消除了环境污染。
　　(5)降低成本。由于产率提高，降低生产成本27％。节省药剂，降低成本4％。回水利用，降低成本8％。降低人选矿石品位，降低原矿费用5％。改造后，精矿生产成本可降低44％。
　　2.菱镁矿风选提纯
　　2.1 理论依据
　　高硅菱镁矿在800—1100℃条件下煅烧，菱镁石形成多孔、体轻、耐磨强度低的颗粒，而含硅矿物滑石、绿泥石等煅烧后耐磨强度大大提高，利用有用矿物和脉石矿物这种耐磨性差异，在同等破粉碎条件下产生不同的粒度，然后按粒度不同进行风选、分级，得到不同粒度、不同品级的产品，起到富集mgo、剔除杂质的作用。
　　2.2试验步骤
　　先利用煤气竖窑将菱镁矿进行低温煅烧，煅烧温度i100℃±30℃，煅烧好的轻烧氧化镁破碎成0～3mm的颗粒，利用潍坊正远粉体工程有限公司的lha／y一20型气旋式气流粉碎机进行破碎、分级，得到不同品级的粉料。
　　　2.3  应用
　  mgo含量85％的轻烧镁粉经过风选后，可以得到3种不同品级的粉料，<0.074mm的细粉可用于生产合成耐火原料，如合成镁钙砂、合成三钙镁砂、镁铝尖晶石等。0.074～0.1mm的粉料可用于生产溅渣护炉料、脱硫剂等。>0.1mm的颗粒料可用于生产烧结球团的添加剂。经过风选后，可扩展轻烧镁粉的用途，提高附加值。
　　3.铝矾土选矿提纯
　　我国的铝矾土产地主要分布在山西、河南、贵州、广西等省区，储量丰富，但特级、i级所占比例较低，仅为10％～15％，能够用于生产高档耐火材料的比较少。
　　3.1 矿石性质
　　我国的铝矾土矿大多属于一水铝石一一高岭石型。一水铝石为主要矿物，一般呈微细晶质集合体常组成鲕粒及假鲕粒，鲕粒中心常被高岭石交代，部分鲕粒内有明显的重结晶。一水铝石中的杂质有si、fe、ti、zr等，部分杂质呈类质同相形式存在。高岭土绝大部分为隐晶质集合体，常构成基质成分或在鲕粒中心交代。水铝石粒度0.03～0.3mm。钛矿物主要是锐钛矿及金红石。其它矿物有硫铁矿、绿泥石、勃姆石、白云石、锆石英等。
　　3.2  选矿流程
　　根据矿物组成和矿物结构，单体解离粒度为-0.074mm95％，用氧化石蜡皂和塔尔油作捕收剂，用碳酸钠作ph调整剂，粗选ph7.9，精选ph7.3，用六偏磷酸钠作高岭石等含si矿物抑制剂，选用一次粗选两次精选闭路流程，采用高梯度磁选除钛、铁。
　　　3.3  应用
　　我国铝矾土选矿研究起步比较早，但一直没用于生产，其原因一是我国优质铝矾土资源丰富，不重视选矿；二是选矿后增加成本；三是后序加工比较麻烦；四是选矿的目的不明确。随着优质铝凡土资源的日趋枯竭，优质耐火原料用量的日益增加，逐步认识到选矿的重要性，铝矾土选矿技术转化为生产力的时机已经成熟。选矿可以利用不能直接煅烧粉矿，可以人为控制化学成分并起到均化作用。选矿后所得精矿粉可用于生产优质合成耐火材料。
　　4.精矿后序加工设想
　　菱镁矿主要的用途是生产耐火材料。经过浮选提纯后的镁精矿粉只是生产耐火材料的原料，进一步加工后才能作为产品外销使用。高档镁质耐火材料一般采用二步煅烧方法，第一步先轻烧，然后再重烧(死烧)。现有技术条件下，轻烧块状物料比较容易，而直接轻烧粉状物料的技术还不成熟。20世纪80年代，山东镁矿采用的是先压块然后再用隧道窑轻烧的工艺，辽宁海城镁矿采用的是悬浮炉轻烧工艺。以上两种工艺成本都比较高，经济上不合理，不能采用。采用先压球，然后用煤气竖窑轻烧的工艺是切合当前实际的。另外，采用一步煅烧工艺现阶段也是可行的，以镁精矿粉为原料，选用人工合成方法生产合成镁钙砂，先将人工合成的混合粉磨细至0.049 mm，用压砖机压成荒坯，同二步煅烧荒坯一起用高温隧道窑煅烧，煅烧温度1。700℃。
　　一步煅烧的产品质量优于二步煅烧，但前提是一步煅烧的物料细度比二步煅烧要细得多，必须达到0.049 mm。现在国内使用的重烧(死烧)设备种类比较多，有竖窑、回转窑、隧道窑、倒焰窑等。煅烧镁质耐火原料，应首选高温油竖窑，其优点是：投资少、产量大、污染轻、能耗低。油竖窑的热耗比回转窑低60％，比隧道窑低40％，选用油竖窑符合国家节能政策。矾土基尖精石易结块，不宜用竖窑煅烧，最好选用隧道窑。
　　镁精矿粉采用“压球一煤气竖窑轻烧一高温油竖窑”二步煅烧工艺，节约能源，降低热耗40％-以上，技术上可行、经济上合理。也可以采用“压球一高温油竖窑”一步煅烧工艺，与二步煅烧工艺相比，可节省建设投资26％，降低热耗41％，节能效果更显著。
　　6.结论
　　我国优质耐火原料越来越少，而用量越来越大，供需矛盾越来越突出，采用选矿提纯是解决这一矛盾的最有效方法之一，应根据实际需要大力提倡和鼓励。菱镁矿浮选采用新的选矿工艺，能够提高精矿产率、降低药剂消耗、减少新水用量，可降低生产成本44％。废水全部回收利用，做到废水零排放。铝矾土选矿技术日趋成熟，应尽快用于生产。精矿粉的后序加工选用先进工艺和节能型窑炉，降低能源消耗，提高经济效益。

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