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化工原料-鎂質耐火原料知多少?


  我國擁有得天獨厚的天然菱鎂礦化工原料資源,尤其在遼甯省,不僅菱鎂礦儲量、開采量全球第一,而且鎂質耐火材料生産量、出口量均居世界首手工皂材料位。而依托資源優勢,我國企業生産鎂質耐火原料的主要産品包括輕燒氧化鎂、燒結鎂砂、電熔鎂砂等。在此文中,筆者就鎂質耐火原料及産品的開發曆程和生産現狀、存在問題進行了介紹和分析。

  鎂質原料的資源和開采

  鎂質原料是指可用于生産鎂質耐火材料、鎂質化工材料、金屬鎂等産品的含鎂礦物,主要分爲固體礦物如菱鎂礦、白雲石、水鎂石等和液體礦物如海水、鹽湖鹵水等。菱鎂礦是世界上最重要的耐火原料之一,主要用于煅燒輕燒氧化鎂(CCM)、燒結鎂砂(DBM)、電熔鎂砂(FM)等耐火原料,是生産鎂質耐火材料的基礎材料。

  我國是世界菱鎂礦資源最爲豐富的國家之一,主要分布在遼甯和山東等省,集中在遼甯省。目前遼甯省已查明的菱鎂礦儲量爲34。13億噸,約占全國的85%和世界的20%。遼甯菱鎂礦儲量、開采量,以及鎂質耐火材料生産量、出口量均居世界首位。目前,遼甯已經地質勘查的礦區有12個,年開采MgO含量≥44%的特、一、二、三級礦石約1600萬噸,主要供省內生産企業使用。遼甯菱鎂礦屬于晶質礦,晶體顆粒大、難燒結。行標YB/T 5208-2004制定了MgO含量爲33%~47%的天然菱鎂石標准。

  鎂質耐火原料主要産品及現狀

  輕燒氧化鎂。目前,我國以菱鎂石爲原料,通過反射爐輕燒加工爲輕燒氧化鎂粉(CCM),數量大、用途廣。輕燒氧化鎂粉是一種十分重要的鎂質基礎原料,根據其不同的化學組成、粒度和性能分別應用于:壓球煅燒各種品位的燒結鎂砂(DBM),與Al2O3、CaO等不同含量的原料合成鎂鋁尖晶石砂、鎂鈣砂等複合材料,生産電熔鎂砂(FM,耐火級或電工級)、轉爐濺渣護爐鎂球等。上述産品主要用作耐火材料制品的原料。此外,這些産品還是鎂化工産品如輕質MgO、輕質MgCO3、鎂肥、鎂建材、飼料添加劑等的原料。

  傳統的輕燒氧化鎂是用原礦石在反射爐中焙燒加工而成。采用反射爐生産輕燒氧化鎂曆經70年~80年的生存發展還未被淘汰,是因爲該窯爐有其突出特點:工藝簡單、實用;投資少,上馬快,易操作;適合遼南地區菱鎂石特點。近十幾年來,該窯型生産工藝也進行了較大改進,主要表現在:改用清潔燃料,將原直接燒煙煤改爲以簡易煤氣發生爐生産的煤氣作燃料進行焙燒,避免燃料灰分對輕燒氧化鎂汙染,基本解決了黑煙排放對環境的汙染,並提高了熱效率;對窯型進行改造,增大窯的容積,提高了産量,降低燃料單耗。

  但是,我國以菱鎂石在反射爐焙燒生産輕燒氧化鎂粉仍存在以下問題:采礦活動簡單,人工分玻璃陶瓷原料采;窯由人工操作,窯溫穩定性差,能耗高;入窯用塊礦,碎礦棄之,料耗高;煙氣未經處理,汙染環境;冷卻敞開式,勞動條件差,導致目前招工難;研磨設備落後,粒度控制差,最終産品質量低、波動大。

  因此,我國輕燒氧化鎂生産必須實行從采礦-成品-包裝全過程控制,按用戶要求生産,研究和推廣先進輕燒氧化鎂焙燒技術和爐窯,推薦大型懸浮窯、多層爐(耗式爐MHK)用于輕燒和高效輕燒氧化鎂細磨設備。

  燒結鎂砂。國標GB/T2273-2007規定了MgO含量83%~98%的適用于生産耐火材料用的各種燒結鎂砂的理化性能。從曆史發展看,燒結鎂砂還被稱爲冶金砂、重燒鎂砂、中檔鎂砂、高純鎂砂。

  冶金砂。在我國第一個五年計劃(1952年~1957年)期間,前蘇聯援建的我國第一個生産堿性耐火材料工廠———鞍山鋼鐵大石橋鎂磚廠一期工程投産,制砂車間采用了礦石細磨、成球盤、爐箅機、回轉窯的半幹法工藝,生産冶金砂用于平爐燒結爐底和修補。隨著煉鋼平爐改爲轉爐,該産品在上世紀90年代被淘汰。

  重燒鎂砂。目前,我國燒結鎂砂總産量每年爲400萬~450萬噸。沿襲行業習慣,燒結鎂砂大體可分爲重燒鎂砂、中檔鎂砂、高純鎂砂。

  20世紀80年代之前,在長達30多年的時間內,全國燒結鎂砂的生産主要由原鞍鋼大石橋鎂礦承擔,先後采用25立方米、32立方米、40立方米、47立方米和55立方米的豎窯,以焦炭爲燃料,以塊狀菱鎂石爲原料,采取一步煅燒和人工出料生産MgO含量92%的重燒鎂砂,爲全國的煉鋼平爐用磚提供原料。

  該工藝的缺陷是:礦石利用率低,細顆粒礦石不能利用;雜質含量高,焦炭中的灰分會對鎂砂造成汙染,使鎂砂的SiO2、Al2O3含量增加,最高MgO含量僅能保證在92%;連續操作性差,大塊菱鎂石礦受熱分解産生小顆粒礦黏附于窯壁,窯內物料易發生“結坨”,這都造成窯內料流及熱工制度的改變頻繁,導致停運事故無法實現機械化操作;鎂砂的致密度低,菱鎂礦在窯內預熱帶分解,釋放出CO2變成輕燒MgO,但其MgCO3“母鹽假象”依然存在,不利于鎂砂的進一步致密化,燒結鎂砂的體積密度僅僅介于每立方厘米3。0克~3。1克之間;汙染環境嚴重,菱鎂礦分解出大量的CO2和燃燒的煙氣夾雜著細小焦炭粒子及輕燒粉塵飛出窯外,汙染環境,高溫煙氣治理困難。

  目前我國重燒鎂砂仍以二、三級礦石在固體燃料豎窯煅燒,鎂砂MgO含量90%~92%、體積密度每立方厘米在3。10克以上。重燒鎂砂是生産普通鎂質燒成磚及不定形耐火材料的主要原料,遼甯省目前年産量估計250萬噸;由于可以利用三級礦,産品價格低且有市場,目前難以淘汰。

  中檔鎂砂。爲了提高鎂砂的致密度和純度,我國耐火材料界開展了二步煅燒鎂砂的工藝研究和工業試驗。采用適合國情的新工藝、新流程,促進了燒結鎂砂生産的技術進步。20世紀80年代初期,海城鎂礦利用優質菱鎂礦石在反射爐輕燒,用雷蒙磨細磨,半幹法二段壓球,焦炭豎窯煅燒,生産出MgO含量≥95%、體積密度≥每立方厘米3。20克的中檔鎂砂。這一成果迅速推廣,形成年産幾十萬噸規模效益。此後該工藝被推廣用于生産合成鎂鈣砂等合成砂産品。

  高純鎂砂。1980年,組織實施“天然菱鎂礦制取優質高純鎂砂新工藝技術及高溫豎窯”課題,在海城鎂礦建設了年産0。7萬噸高純鎂砂中試生産線,針對大結晶菱鎂石難燒結特點,開發了菱鎂石輕燒、磨細、高壓壓球和死燒的二步煅燒新工藝,經數年攻關,達到了高純鎂砂MgO含量≥98%、體積密度每立方厘米3。30克的攻關目標。他們立足利用粉礦,采用了浮選工藝,又從歐洲引進年産5萬噸高純鎂砂生産線的關鍵設備:懸浮焙燒爐、輥式磨、高壓壓球機、高溫油豎窯等,自主攻關結合引進結束了我國沒有高純鎂砂的曆史。  
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