低品位菱镁矿闪速旋流动态煅烧生产高活性氧化镁关键技术及示范推广.pdf

环境保护与循环经济38低品位菱镁矿闪速旋流动态烧生产高活性氧化镁关键技术及示范推广曹连山1引张继宇22王作敏3责黄金峰4车车振宇3孙丽敏王怡君方晓明7（1.营口益嘉镁业科技有限公司，辽宁营口1150 0 0；2.辽宁东大粉体工程技术有限公司，辽宁沈阳110 0 0 0；3.营口市环境保护科学研究所，辽宁营口1150 0 0；4.大石桥市自然资源事务中心，辽宁大石桥11510 0；5.营口市环境监测中心站，辽宁营口1150 0 0；6.营口仙人岛经济开发区生态环境局，辽宁营口1150 0 0；7.沈阳环境科学研究院，辽宁沈阳110 0 0 0）摘要：高硅钙低品位菱镁矿可通过浮选工艺提纯至硅0.2%和钙0.6%以下、Mg047.2%以上；经旋流动态燈烧生产的Mg0活性达10 s，灼减量1%，1t产品能耗0.17 t标准煤，污染物达标排放；菱镁资源利用、节能减排效果显著。关键词：低品位菱镁矿；浮选提纯；旋流动态燈烧；高活性氧化镁Abstract:The high silicon calcium low grade magnesite is purified to silicon 0.2%and calcium 0.6%or less andmagnesium oxide 47.2%or more by the flotation process;the activity of magnesium oxide produced by rotating-flowdynamic calcination is up to 10 s,the burning reduction is less than 1%,the energy consumption is 0.17 tons standardcoal per ton of product,and the pollutant discharge is below the limit of discharge standard;the utilization of magnesiteresources,energy saving and emission reduction are remarkable.Key words:low-grade magnesite;flotation purification;swirl dynamic calcination;high activity magnesium oxide中图分类号：TF111文献标识码：A文章编号：16 7 4-10 2 1(2 0 2 3)0 7-0 0 38-0 51引言菱镁矿是生产镁质材料的重要原料，目前主要用于镁质耐火材料原料和制品。其次用于殿烧镁质胶凝材料；用于冶金熔剂，防热、保温、隔音等建筑材料；用电解法、还原法、氟化法等可以从菱镁矿中提取金属镁、制取镁合金，用于机械制造、汽车、纺织、建筑、电子、光学机械、轻工等方面。菱镁矿是我国的优势矿产资源之一，其储量、产量和出口量均居世界前列。我国菱镁矿资源主要分布在辽宁和山东。其中，辽宁菱镁矿储量约占全国总储量的8 2%，辽宁的菱镁矿资源主要分布在大石桥收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 8；修订日期：2 0 2 3-0 7-12。作者简介：曹连山，男，196 4年生，主要从事环境工程与技术等相关工作。和海城地区，已探明的总储量中,LM-46,LM-45品级菱镁矿储量占50%以上，其中，LM-46品级以上的菱镁矿储量占40%左右，而且其埋藏浅，极适合露天大规模机械化开采。另外，由于矿带处于经济发达的辽南地区的丘陵地区，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和加工业发展迅速，高品位菱镁矿资源消耗迅速，低品位菱镁矿的开采和利用愈显重要。同时其加工过程中不计能源消耗，每生产1tMgO材料，将直接产生至少1.1tCO2,因此菱镁矿低能耗加工和CO2回收，是辽宁省实现碳达峰、碳中和的重要课题。39台2关关键技术性问题2.1低品位菱镁矿提纯技术低品级菱镁矿不能直接作为烧优质耐火材料的原料，而高品位的菱镁矿随着每年的不断开采，储量越来越少，为了更好地利用资源，可利用选矿方法将菱镁矿的杂质硅脱除，将低品级菱镁矿提纯变成能熳烧的优质耐火材料的原料。通过矿物加工技术，找到适合低品级菱镁矿的选矿提纯及烧方法，提高产品中MgO的含量，降低CaO,SiO等杂质含量，是菱镁矿资源高效利用的必然方向，而低品级（MgO35%45%）特别是极低品级（Mg035%）菱镁矿浮选提纯是菱镁矿浮选业界研究的关键技术。2 0 12 年开始营口某公司针对高硅（含SiO25%）、高钙（含CaO2%）的低品位菱镁矿（Mg042%），采用自制的绿色高效浮选药剂，实现了脱硅（SiO20.2%）、脱钙（CaO0.6%）、M g 0 提纯至47%以上的技术突破，Mg0提纯率和硅、钙指标去除率高于印万忠等用大石桥某菱镁矿矿石Mg0含量45.10%、Si02含量1.8 8%、Ca0含量1.2 2%，经先反浮选后正浮选工艺获得Mg0含量47.10%以上、Si02含量0.13%、Ca0含量0.56%的镁精矿实验指标，并实现10 万ta的产业化生产规模。2.2低品位菱镁矿缎烧技术低能耗、低排放、高效率菱镁矿熳烧技术是菱镁矿加工的另一关键技术问题，动态悬浮燈烧技术是近年来业内首选的研究方向。陈延信等 2 对动态悬浮燜烧技术应用在碳酸钙（CaCO)烧生产高活性石灰方面进行了实验室研究，利用自制小型模拟悬浮态烧装置与堆积态燜烧进行对比，结果悬浮态熳烧CaCO，优于堆积态熳烧，CaCO3表观分解率可达99%，产品获得较大的比表面积和空隙，表现出较高的活性。王战娥等 3 在分析高岭土传统堆积态殿烧（固定床、移动床、流化床）工艺的基础上，对煤系高岭土稀相悬浮态快速燜烧工艺进行了小型实验室实验，结果表明，悬浮态烧可生产出高白度（90%以上）高孔隙率、高活性的优质熳烧高岭土，热效率明显优于传统的熳烧装置。但是在烧菱镁矿方面还仅限于实验室研究阶段，彭强等 4 在实验室利用自制小型模拟悬浮态缎烧装置烧粒度7 5m菱镁矿制备高活性轻烧MgO获得实验相关数据，烧温度8 50、保温时间18 0 s制备活性Mg0效果最好，活性指数3.33,柠檬酸显色时间30 s。闪速旋流动态熳烧菱镁矿大规模生产研究鲜见报道。本研究采用低品级高硅菱镁矿经浮选分离提纯的精矿粉，进行闪速旋流动态烧生产高活性MgO并建设示范工程，实现产业化。本研究熳烧原料为菱镁矿粉或经浮选后的矿粉，含水率1%，粒度7 5m（2 0 0 目），采用闪速旋流动态烧后获得高品位轻烧活性Mg0，烧温度950 12 0 0（可调)3 5s即完成熳烧过程，无过烧、无欠烧现象，系统密闭负压操作无粉尘外漏，回收效率99.5%，Mg0经柠檬酸法活性达10 s,灼减量1%。3工艺技术及示范工程研究内容3.1低品位菱镁矿浮选提纯高硅、高钙、低品位菱镁矿原料（含Si0,5%、Ca O2%、M g 0 低于42%)经式破碎机、圆锥破碎机破碎，碎矿粒度为10 mm以下，再经球磨机磨粉，当矿粉磨到0.0 50 mm(200目占7 0%左右）时形成矿浆，矿浆由分级机分级溢流并由管道自流至搅拌槽，进入槽中的矿浆经加溶剂（六偏磷酸钠、2 号油、脂肪类的捕收剂等；比例根据矿浆原料成分和产品纯度要求确定），加湿、搅拌后即进入浮选槽浮选，经一次粗选与二次扫选而除去杂质硅。粗扫的产品作为中矿由板框式压滤机压滤，滤后废水溢流返回蓄水池再利用，滤后产生含Mg037.2%、含Si0216.5%、含H06%的中矿。二次扫选出来的矿浆经板框式压滤机压滤，溢流返回蓄水池，压滤机滤后得含MgO47.5%、含Si020.17%、含H.06%的精矿粉。产生精矿粉用于闪速旋流动态缎烧的原料生产高活性MgO,产生的中矿用作生产MgO脱硫剂，无外排尾矿。具体10 万t/a规模项目生产设施见表1。表1菱镁矿浮选主要生产设备设备名称规格颚式破碎机PE500 x750圆锥破碎机YPK-3-DC颚式破碎机PE250 x1 000直筒球磨机GM2145/GM1563分级机FLG-2000浮选机SF-2.8厢式隔膜压滤机XNPZ300/1600菱镁矿浮选提纯工艺流程见图1。数量1112133环境保护与循环经济40原料矿石铲车皮带输送机颚式破碎机颚式破碎机六偏磷酸钠，2 号油泵一次粗选分级机中矿泵中矿二次扫选精矿3.2闪速旋流动态燈烧技术3.2.1工艺技术闪速旋流动态熳烧炉系统主要由供热节能燃气热风炉、计量加料、整粒干燥机、预热升温器、熳烧炉主体、旋风除尘器、换热器、除尘器、风冷却系统、鼓风机、引风机、测温、压力、电控系统组成。系统集成了干燥、预热、焙烧、冷却等关键技术，通过密闭负压、余热利用、低氮燃烧等技术控制，实现了低品位菱镁矿可控熳烧。烧热源采用燃烧煤气发生炉煤气（或天然气），首先将烧炉余热负压引人干燥主机，原矿粉或含湿粉料连续输送进人干燥主机，物料与热空气进行高速传质传热，瞬间使水分子汽化蒸发，干燥脱水至1%，在5s左右完成干燥过程，进入旋风除尘器、布袋除尘器进行气固分离，经布袋过滤净化后的尾气由引风机引出，进入预热体加温器；物料多级预热后进入闪速旋流动态熳烧炉，粒子在旋转向上气流中充分进行热分解反应，粒子在高温950 12 0 0（可调)受热3 5s释放CO2,形成MgO多孔径粒子，即烧成MgO粉体，避免过烧、欠烧现象，粉体经分离后进人间接换热熟料仓，由卸料阀排出，热熟料再进人负压风冷却系统，将粉体冷却后入储料仓，即得高活性Mgo产品。3.2.2系统工艺流程采用浮选得到的菱镁矿矿粉作为闪速动态熳烧皮带输送机圆锥破碎机泵球磨机分级机厢式隔膜压滤机含水率6%的中矿厢式隔膜压滤机含水率6%的精矿新鲜水循环水池图1菱镁矿浮选提纯工艺流程的原料，利用熳烧余热将其原粉或湿粉快速分散干燥脱水，恢复原始粒度，干粉再经预热段升温进人闪速旋流动态熳烧炉，完成烧过程。在实际工程研究、设计、运行期间共获得4项专利技术，分别为活性MgO高温卸料装置、轻烧MgO防附壁装置、MgO旋流动态烧系统、一种内衬可拆卸的悬浮焙烧炉，逐渐完善了闪速旋流动态熳烧炉在轻烧活性MgO方面首次应用的关键技术，从技术上保障了系统稳定运行。产能5万t/a低品位菱镁矿闪速旋流动态烧生产高活性MgO工程主要工艺设备见表2。表2 动态缎烧系统主要生产设备设备名称设备型号动态烧炉YJ5.0WTSM-00滤饼加料器650-2800加料机闪蒸干燥机XSG-8螺旋加料器GL325*3换热器REd300两段式煤气发生炉CTAB3.6 m旋风+布袋除尘器T.CMD-1050产品储罐H15-10闪速旋流动态熳烧联合机组基本系统见图2。皮带输送机料仓直接进人球磨机单位数量台1台1台1台1台1台1套2座4水41抓斗（用广白备）原料昆气引风机旋转卸料阀空气炮理送料螺旋控制台补二次风烧嘴（用户白备）热风炉闪速旋流动态缎烧系统工艺流程示意见图3。噪声副产品煤焦油蒸镁粉尘闪蒸石粉干燥机分离器加料器分离器旋风粉尘、SO24除尘器布袋换热器噪声一噪声熟料仓粉尘、布袋噪声除尘器图3闪速旋流动态烧系统工艺流程示意3.2.3环保及节能工艺3.2.3.1除尘工艺工艺技术采用环保设施和生产设施完全同步运空气压缩机（用广白备）输送机空气压缩机（川户白备）干燥机旋风分离器加料机布除上器旋转卸料阀料仓旋风动态煨烧炉尾气布袋除尘器旋风分离器引风机旋转卸料阀排空旋转卸料阀输送螺旋旋风分离器料位仪旋风分离器1号大料仓空炮。喜高温卸料阀空气炮旋风分离器高温御料阀螺旋给料机图2 闪速旋流动态缎烧联合机组基本系统行方式，熳烧产品回收率高。除尘环境保护措施作为烧系统生产工艺一体化设计的一部分，环保设施噪声和生产设施同步运行，除尘系统既是环保设施，也是燈烧后活性MgO产品的收集生产设施，经过旋风和螺旋两段式煤气发生炉热风炉燃气噪声料泄漏，避免了生产系统粉尘无组织排放，实现达标排放。3.2.3.2脱硫工艺研发工艺采用碳酸镁矿物为原料，原料全部采用粉末形态,在加热过程中,碳酸镁首先分解为MgO和CO2,MgO再与SOz结合生成硫酸镁，性质稳定，形成干式脱硫环境，从而达到脱硫效果。3.2.3.3节能和脱硝工艺熳烧炉进口风温10 0 0 110 0，经旋风分离器出口温度7 50 8 50，系统采用气气换热器换出热风供给燃烧室二次风，其余热量与预热器及干燥机组合进入原料预热系统，通过闪蒸干燥机对湿原料料位仪2号大料仓（用户自备）（用户自备）料位仪料位仪空气炮空气炮蔓旋转卸料阀旋转卸料阀气炮盈高温卸料阀风冷输送装置布袋除尘器的两级捕集，物料回收率可以达到99.5%以上，从设计上避免生产设施运行而环保设施不运行的问题。熳烧系统为密闭系统，没有物环境保护与循环经济42进行烘干，闪蒸干燥机进口热风温度450 6 50、出口10 0 18 0，实现能源梯级利用及燃烧室混合配风，由于混合配风中含氮、氧量比新鲜空气低，从源头降低氮氧化物的产生。热能梯级循环利用,直接能耗指标实现0.17 t标准煤/产品，同时减少氮氧化物产生和排放，不用再次脱硝。无需外置脱硫和脱硝设施，不产生二次污染物和新增能源消耗,综合能耗低。4结果与分析4.1工艺特点(1)熳烧热量交换彻底。在熳烧的过程中，物料瞬间被热气流冲散，使得物料比表面积成千倍地增加，因而使物料与热空气中的热量交换十分充分。(2)熳烧时间可以调整。根据熳烧加料量的多少和物料的粒度及堆比重，调整烧内热空气的流量及压力，即可实现调整物料在熳烧炉内停留时间的长短，从而满足不同物料熳烧和产品质量要求。MgO经柠檬酸法活性达10 s,灼减量1%，高活性Mg0主要作为生产耐火材料的优质原料。（3)烧炉的生产能力大。通过调整物料与热空气的气固比，可实现不同物料的烧要求，也可通过风量的调节达到调节产量的目的。（4)烧操作环境好。熳烧系统设备保温和密封效果好，系统的热量损失小，无粉尘外漏，回收效率99.5%，实现达标排放。(5)烧生产连续稳定。在保证烧的温度、热空气的流速及送料量不变的前提下，即可实现连续稳定的生产，并实现自动化控制。(6)系统密闭设计，为后续CO2收集、利用、封存(CCUS)提供全收集接口。4.2产品质量经过生产验证，生产的高活性轻烧MgO经柠檬酸法活性达10 s，灼减量1%，技术参数优于李广垠等 5 在8 50 10 50 阶段烧2 h，活性Mg0含量均高于8 0%（w）、活性变化并不明显，在10 50 1200阶段活性Mg0含量快速降低的实验结果。采用闪速旋流动态烧炉新技术装备系统，气固混合均匀，热分解充分，瞬间烧，产品无过烧、无欠烧现象，有利于高活性产品及后续深加工产品连续生产（郭玉香等 6 、高陟等 7.）,熳烧温度、风量、加料机速度可调节，产品质量稳定。4.3综合能耗闪速旋流动态熳烧炉既可使用两段式煤气发生炉产生的煤气，也可以使用天然气。系统采用气气换热器，换出热风可供给燃烧室二次风。熳烧炉余热与预热、换热、干燥组合，充分利用热源形成高效节能环保技术装备，先磨选后烧，矿物利用充分。烧炉新技术装备节能减排，实现清洁化生产。新型粉体缎烧工艺能耗指标为0.17 t标准煤/t产品，低于传统轻烧工艺燃料消耗率0.3t燃料/产品。4.4污染物排放闪速旋流动态熳烧炉新技术装备系统采用全密闭负压操作，无粉尘外漏，旋风和布袋除尘器综合回收效率9 9.5%，经人工监测和在线监测表明，系统出口：含颗粒物6 15mg/m，均值8.4mg/m；含S02325mg/m,均值6 mg/m;含氮氧化物35 8 5mg/m，均值55mg/m。有组织废气排放浓度颗粒物、SOz、氮氧化物远低于DB21/30112018镁质耐火材料工业大气污染物排放标准中表2 标准限值（颗粒物30 mg/m,S0z50mg/m，氮氧化物10 0 mg/m）要求；厂界颗粒物满足镁质耐火材料工业大气污染物排放标准厂界控制限值，各项污染物浓度远低于标准限值，可达标排放。5结论利用低品位的菱镁矿石以及废弃的菱镁矿石进行浮选提纯，再通过自动化水平高的闪速旋流动态熳烧炉新技术生产出高活性MgO以及MgO脱硫剂，产品活性好、应用广、附加值高，可实现低品位菱镁矿资源的综合利用；同时系统密闭设计，缎烧时间短、效率高，除尘系统与生产系统一体化整合设计，熳烧环境本身即为干式脱硫环境，使用循环风，既节能又形成低氮燃烧条件，无需外置脱硫、脱硝设施，直接能耗和综合能耗低于传统工艺，不产生二次污染，污染物浓度稳定低于标准要求限值，可达标排放。对苦土窑、轻烧窑、沸腾炉、多层炉等矿产品生产具有示范作用。在类似矿山推广与应用，可带动行业污染物实现稳定达标排放，在大大提高资源利用率、节约能源的同时降低污染物排放，实现清洁生产与促进循环经济发展，对于镁资源型城市产业升级具有较好的示范意义。(下转51页）515结论本文对洪泽区的2 座一体化污水处理设施进行设计研究，结合现场运维情况进行了经济分析。一体化设备采用“A3/O+MBR”工艺，出水水质满足GB38382002地表水环境质量标准的准IV类水标准(除总氮指标外,其他指标与地表水相同)。一体化设备占地面积小，现场安装快捷、操作简便，日常运行采用全自动化运行，无需专人值守。本工程投资成本较低，运行成本约为2.0 7 元/。设备整体运行稳定，各项指标能够稳定达到并优于准IV类水标准。参考文献1王少林.城市黑臭水体整治中控源截污改善措施的思考J.净水技术,2 0 17,36(11):1-6.2王睿，张梦竹，王明文，等.AAO+MBR系统设计要点分析及应用 J.化工管理，2 0 2 1(5）：39-40.3白玉华，张欣宇，黄政鑫，等.AAOA-MBR强化脱氮工艺用于内江市某污水厂提标改造 J.中国给水排水，2 0 2 0,36(24):87-91.4 董良飞，薛涛，晓敏，等.A/O/A/MBR中试装置的除污效能研究 J.中国给水排水，2 0 0 9,2 5(2 3）：6-14.5张勇，秦玉兰，樊晓丽，等.平板陶瓷膜MBR工艺在农村污水处理中的应用 J.中国给水排水，2 0 2 1,37（10)：12 0-125.（上接42 页）参考文献1印万忠，王星亮.辽宁大石桥某低品级菱镁矿浮选提纯试验研究 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