一種氧化鎂球團及其製備方法與流程
2023-04-30 21:38:26 1
本發明涉及一種用於製備氧化鎂球團的複合粘結劑及由該複合粘結劑得到的氧化鎂球團。所述氧化鎂球團強度高，在電熔過程中不容易破碎，且愛製備工藝簡單，可直接應用於工業大規模生產，避免粉料直接入爐造成的爐況惡化及對環境造成的汙染。
背景技術：
電熔鎂砂作為生產鹼性耐火材料的基礎原料，具有良好的高溫穩定性、耐腐蝕性及熱傳導性能，在鋼鐵、建材、玻璃等行業有廣泛應用。
通常，電熔鎂砂的生產可利用菱鎂礦石原料直接電熔製得，亦可將含鎂原料先製成氧化鎂粉末，再將所述氧化鎂粉末於電弧爐中高溫熔融再結晶製得。
在將所述氧化鎂粉末於電弧爐中高溫熔融再結晶製得電熔鎂砂的生產過程中，須將所述氧化鎂粉末製得氧化鎂球團，再將所述氧化鎂球團直接製備成鎂砂。
通常，包括氧化鎂球團在內的氧化鎂球團的製備方法，是將原料加入添加劑、複合粘結劑等配料，混合均勻後經過壓球機、壓球機、流化床等設備製備成球團的過程。所述氧化鎂球團製備方法現已廣泛應用於製藥、煤炭、生物燃料、冶金等諸多方面。
然而，根據以往的氧化鎂球團的製備方法，球團在電熔過程中容易破碎，球團的物料密度及強度有待提高，球團性能有待改善以能改善最終製備的鎂砂性能。此外，另外，以往製備球團工藝複雜，加料不便，難以直接應用於工業大規模生產，且難以避免粉料直接入爐造成的爐況惡化，難以避免粉塵對環境造成汙染。
這是因為，影響氧化鎂球團性能有成型壓力、水分、複合粘結劑、粒徑、乾燥方式等諸多因素，其中複合粘結劑是其主要因素。
迄今為止，國內外對氧化鎂球團，特別是氧化鎂球團製備的相關研究鮮有報導，缺乏對氧化鎂球團，特別是氧化鎂球團的複合粘結劑及其作用機理的相關研究，也缺少成熟的利用氧化鎂粉末製備氧化鎂球團，再將所述氧化鎂球團直接製備成鎂砂的工藝路線。
為此，本鄰域需要一種用於製備氧化鎂球團(礦)的複合粘結劑及由該複合粘結劑得到的氧化鎂球團，特別是一種用於製備氧化鎂球團的複合粘結劑及由該複合粘結劑得到的氧化鎂球團及所述氧化鎂球團的製備方法，使得所述氧化鎂球團或氧化鎂球團在電熔過程中不容易破碎，所述氧化鎂球團或氧化鎂球的物料密度及強度提高，球團性能改善以能改善最終製備的鎂砂性能。且要求所述氧化鎂球團或氧化鎂球球團的製備工藝簡單，加料方便，可以直接應用於工業大規模生產，避免粉料直接入爐造成的爐況惡化及粉塵對環境造成汙染。
技術實現要素：
為解決現有缺少對氧化鎂球團製備工藝路線研究的問題，克服現有技術不足，本發明的目的在於，提供一種用於製備氧化鎂球團的複合粘結劑及由該複合粘結劑得到的氧化鎂球團；
本發明的目的還在於，提供一種所述氧化鎂球團及其利用上述粘結劑製備氧化鎂球團的方法。
根據本發明的複合粘結劑得到的氧化鎂球團強度高，在電熔過程中不容易破碎，且愛製備工藝簡單，可直接應用於工業大規模生產，避免粉料直接入爐造成的爐況惡化及對環境造成的汙染。
本發明的氧化鎂球團可直接用於製備電熔鎂砂。
為達到上述目的，本發明的氧化鎂球團的技術方案如下：
一種氧化鎂球團，其特徵在於，
所述氧化鎂球團系將氧化鎂粉末加入複合粘結劑混合均勻後經壓球、乾燥、燒結後得到成品氧化鎂球團，其特徵在於，
所述複合粘結劑為將羧甲基纖維素鈉、聚丙烯醯胺及矽酸鈉與消石灰複合的複合粘結劑，其中，
基於100重量份的氧化鎂粉末，所述羧甲基纖維素鈉、聚丙烯醯胺及矽酸鈉含量如下：
羧甲基纖維素鈉：0.1-1.5wt％，
聚丙烯醯胺：0.1-2.0wt％，
矽酸鈉：0.2-3.0wt％，
消石灰：0.2-4.0wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團，其特徵在於，
基於100重量份的氧化鎂粉末，所述羧甲基纖維素鈉、聚丙烯醯胺及矽酸鈉含量如下：
羧甲基纖維素鈉：0.2-0.6wt％，
聚丙烯醯胺：0.2-0.6wt％，
矽酸鈉：0.4-0.8wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團，其特徵在於，
所述複合粘結劑還包括玉米澱粉，腐植酸及丙烯酸樹脂，基於100重量份的氧化鎂粉末，所述玉米澱粉，腐植酸及丙烯酸樹脂含量如下：
玉米澱粉：0.2-3.5wt％，
腐植酸：0.2-4.0wt％
丙烯酸樹脂：0.2-5.0wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團，其特徵在於，
所述複合粘結劑的玉米澱粉，腐植酸及丙烯酸樹脂含量如下：
玉米澱粉：0.3-0.6wt％，
腐植酸：0.3-0.8％wt％，
丙烯酸樹脂：0.3-0.8wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團，其特徵在於，
所述複合粘結劑還包括糖漿，聚乙烯吡咯烷酮，基於100重量份的氧化鎂粉末，所述糖漿，聚乙烯吡咯烷酮含量如下：
糖漿：0.2-4.0wt％，
聚乙烯吡咯烷酮：0.2-5.0wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團，其特徵在於，
所述糖漿，聚乙烯吡咯烷酮含量如下：
糖漿：0.2-0.8wt％，
聚乙烯吡咯烷酮：0.2-0.6wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團，其特徵在於，
消石灰含量：0.4-0.8wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團，其特徵在於，
所述氧化鎂球團系將氧化鎂粉末加入上述粘結劑混合均勻後經壓球、乾燥、燒結後得到成品球團，所述氧化鎂粉末原料為高純氧化鎂，其mgo化學成分大於92wt％，所述氧化鎂球團取值下述範圍：φ20×10mm-φ50×32mm，具體是φ20×10mm、φ25×13mm、φ30×15mm、φ35×17mm、φ40×22mm、φ50×32mm。
根據本發明所述一種氧化鎂球團，其特徵在於，
所述氧化鎂球團經燒結後抗壓強度達到780n/個以上。
一種氧化鎂球團的製備方法，將氧化鎂粉末原料與複合粘結劑混合，得到混合料，然後將所述混合料經壓球、乾燥、燒結後得到成品球團，其特徵在於，
所述複合粘結劑為將羧甲基纖維素鈉、聚丙烯醯胺及矽酸鈉與消石灰複合的複合粘結劑，所述氧化鎂粉末原料為高純氧化鎂，其mgo化學成分大於92wt％，
其中，
基於100重量份的氧化鎂粉末，所述羧甲基纖維素鈉、聚丙烯醯胺及矽酸鈉含量如下：
羧甲基纖維素鈉：0.1-1.5wt％，
聚丙烯醯胺：0.1-2.0wt％，
矽酸鈉：0.2-3.0wt％，
消石灰：0.2-4.0wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於，
基於100重量份的氧化鎂氧化鎂粉末，所述羧甲基纖維素鈉、聚丙烯醯胺及矽酸鈉含量如下：
羧甲基纖維素鈉：0.2-0.6wt％，
聚丙烯醯胺：0.2-0.6wt％，
矽酸鈉：0.4-0.8wt％.
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於，
所述複合粘結劑還包括玉米澱粉，腐植酸及丙烯酸樹脂，基於100重量份的氧化鎂粉末，所述玉米澱粉，腐植酸及丙烯酸樹脂含量如下：
玉米澱粉：0.2-3.5wt％，
腐植酸：0.2-4.0wt％
丙烯酸樹脂：0.2-5.0wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於，
所述複合粘結劑的玉米澱粉，腐植酸及丙烯酸樹脂含量如下：
玉米澱粉：0.3-0.6wt％，
腐植酸：0.3-0.8％wt％，
丙烯酸樹脂：0.3-0.8wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於，
所述複合粘結劑還包括糖漿，聚乙烯吡咯烷酮，基於100重量份的氧化鎂粉末，所述糖漿，聚乙烯吡咯烷酮含量如下：
糖漿：0.2-4.0wt％，
聚乙烯吡咯烷酮：0.2-5.0wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於，
所述糖漿，聚乙烯吡咯烷酮含量如下：
糖漿：0.2-0.8wt％，
聚乙烯吡咯烷酮：0.2-0.6wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於，
所述消石灰的添加量為0.4-0.8wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於，
所述氧化鎂提取自青海察爾汗鹽湖滷水中的鎂礦。
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於：
所述壓球的條件包括：水添加量為7-13wt％，優選為8-12wt％。
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於：
所述壓球的成型壓力為5-30mpa，所述的乾燥溫度為100-150℃，烘乾時間：5-7小時。
將配料放入模具尺寸為φ30×15mm的壓球機中，調節成型壓力為5-30mpa，將配料壓團，得到φ30×15mm的球團。
所述的乾燥：將球團放入溫度為100-150℃的烘箱，烘乾5-7小時，取出，冷卻至室溫。
根據本發明所述一種氧化鎂球團的製備方法，其特徵在於：
所述燒結條件為：將球團置於剛玉坩堝中，將剛玉坩堝放入程序升溫爐中燒結，所述燒結溫度為1000-1300℃，時間為10-30min。
與現有技術相比，本發明的積極效果是：
(1)開發了氧化鎂球團製備的工藝路線
目前，對球團法的研究較多，但缺少對氧化鎂球團的工藝路線的研究，本發明提供了一條製備氧化鎂球團的工藝路線，能夠直接用於製備電熔鎂砂，同時滿足強度要求，在電熔過程中不會破碎。
(2)工藝簡單
利用球團法配備物料，提高物料密度及強度，改善球團的性能以能改善最終製備的鎂砂性能；此外，本粉末製備球團直接在壓球機中進行，工藝簡單，能夠直接應用於工業大規模生產，具有廣闊的工業化前景。
(3)保護環境
利用青海察爾汗鹽湖鎂資源提取出的氧化鎂製備成球團再進行電熔，能夠避免粉料直接入爐造成的爐況惡化，加料方便，避免粉塵對環境造成汙染，同時亦能夠節省原料。
附圖說明
圖1為本發明的製備氧化鎂球團的方法流程圖。
具體實施方式
以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋發明，並不用於限制本發明。
首先，配製含有羧甲基纖維素鈉、腐植酸、玉米澱粉、丙烯酸樹脂、糖漿、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯醯胺、矽酸鈉與消石灰的複合粘結劑，將氧化鎂粉末原料與複合粘結劑混合，得到混合料，然後將所述混合料經壓球、乾燥、燒結後得到成品球團。
所述氧化鎂粉末原料為高純氧化鎂，其mgo化學成分大於92wt％；所述羧甲基纖維素鈉的添加量為0.2-0.6wt％，腐植酸的添加量為0.3-0.8wt％，玉米澱粉的添加量為0.3-0.6wt％，丙烯酸樹脂的添加量為0.3-0.8wt％，糖漿的添加量為0.2-0.8wt％，聚乙烯吡咯烷酮的添加量為0.2-0.6wt％，聚丙烯醯胺的添加量為0.2-0.6wt％，矽酸鈉的添加量為0.4-0.8wt％，消石灰的添加量為0.4-0.8wt％。所述焙燒溫度為1000-1300℃，時間為10-30min。
根據本發明，將含有羧甲基纖維素鈉、腐植酸、玉米澱粉、丙烯酸樹脂、糖漿、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯醯胺、矽酸鈉與消石灰的複合粘結劑預先與水配製好，相對於100重量份的所述氧化鎂粉末，所述水分為7-13重量份，優選為8-12重量份。本發明中，所述水添加量指的是壓球過程中水的重量佔全部壓球物料(包括氧化鎂原料、複合粘結劑與水)的重量百分比。所述混合可以在混料機或潤磨機上進行，以使氧化鎂粉末與複合粘結劑混合均勻，得到混合料。
相對於100重量份的所述氧化鎂粉末，所述羧甲基纖維素鈉的添加量為0.2-0.6重量份，腐植酸的用量為0.3-0.8重量份，玉米澱粉的用量為0.3-0.6重量份，丙烯酸樹脂的用量為0.3-0.8重量份，糖漿的用量為0.2-0.8重量份，聚乙烯吡咯烷酮的用量為0.2-0.6重量份，聚丙烯醯胺的用量為0.2-0.6重量份，矽酸鈉的用量為0.4-0.8重量份，消石灰的用量為0.4-0.8重量份。
本實施例中，對混合後的混合料的球團製備在壓球機中進行，所述壓球機的模具尺寸為φ30×15mm(球窩狀)，成型壓力5-30mpa。
根據本發明的製備方法，所述生球在燒結前需要進行乾燥處理，以使所述生球能夠承受隨後燒結的溫度應力和抗摔能力，以避免球團結構破壞。所述的乾燥在烘箱中進行，乾燥溫度為100-150℃，乾燥時間為5-7h。
根據本發明的製備方法，為使氧化鎂結晶促使晶粒生長。本發明中，所述燒結溫度為1000-1300℃，時間為10-30min，可使氧化鎂球團具有更高的強度。
以下結合實施例對本發明作進一步說明，但本發明的範圍並不僅限於以下實施例。在以下實施例中，氧化鎂原料提取自青海察爾汗鹽湖鎂資源，其中mgo含量高於92％。
實施例1
本實施例用於說明本發明的氧化鎂球團粘結劑及其球團製備方法。
所用氧化鎂粉末原料的氧化鎂純度為92.5wt％的mgo，將羧甲基纖維素鈉20g，腐植酸30g，玉米澱粉30g，丙烯酸樹脂30g，糖漿20g，聚乙烯吡咯烷酮20g，聚丙烯醯胺20g，矽酸鈉40g，消石灰40g與0.9kg的水配製成膠狀粘結劑後與8.8kg混合得到混合料。
將該混合料倒入壓球機中，利用壓球機(成型壓力10mpa)壓球，得到尺寸為φ30×15mm的生球團。然後將該生球在烘箱中，乾燥溫度為100℃之下，乾燥5h得到幹球團。將幹球團置於程序升溫爐中，以4℃/min的速度升溫至1100℃，恆溫10min，反應結束後自然冷卻，得到燒結塊。該球團的強度等參數如表1所示。
實施例2
本實施例用於說明本發明的氧化鎂球團粘結劑及其球團製備方法。
所用氧化鎂粉末原料的氧化鎂純度為94.4wt％的mgo，將羧甲基纖維素鈉30g，腐植酸40g，玉米澱粉40g，丙烯酸樹脂30g，糖漿40g，聚乙烯吡咯烷酮30g，聚丙烯醯胺35g，矽酸鈉50g，消石灰45g與1.0kg的水配製成膠狀粘結劑後與8.7kg混合得到混合料。
將該混合料倒入壓球機中，利用壓球機(成型壓力15mpa)壓球，得到尺寸為φ30×15mm的生球團。然後將該生球在烘箱中，乾燥溫度為100℃之下，乾燥5h得到幹球團。將幹球團置於程序升溫爐中，以4℃/min的速度升溫至1200℃，恆溫20min，反應結束後自然冷卻，得到燒結塊。該球團的強度等參數如表1所示。
實施例3
本實施例用於說明本發明的氧化鎂球團粘結劑及其球團製備方法。
所用氧化鎂粉末原料的氧化鎂純度為97.5wt％的mgo，將羧甲基纖維素鈉45g，腐植酸50g，玉米澱粉45g，丙烯酸樹脂50g，糖漿50g，聚乙烯吡咯烷酮45g，聚丙烯醯胺40g，矽酸鈉55g，消石灰50g與1.1kg的水配製成膠狀粘結劑後與8.5kg混合得到混合料。
將該混合料倒入壓球機中，利用壓球機(成型壓力25mpa)壓球，得到尺寸為φ30×15mm的生球團。然後將該生球在烘箱中，乾燥溫度為100℃之下，乾燥5h得到幹球團。將幹球團置於程序升溫爐中，以4℃/min的速度升溫至1250℃，恆溫25min，反應結束後自然冷卻，得到燒結塊。該球團的強度等參數如表1所示。
表1
實施例4
所用氧化鎂粉末原料的氧化鎂純度為93wt％的mgo，將羧甲基纖維素鈉25g，腐植酸35g，玉米澱粉30g，丙烯酸樹脂30g，聚丙烯醯胺30g，矽酸鈉40g，消石灰40g與0.9kg的水配製成膠狀粘結劑後與8.8kg氧化鎂粉末混合得到混合料。
將該混合料倒入壓球機中，利用壓球機(成型壓力10mpa)壓球，得到尺寸為φ30×15mm的生球團。然後將該生球在烘箱中，乾燥溫度為100℃之下，乾燥5h得到幹球團。將幹球團置於程序升溫爐中，以4℃/min的速度升溫至1150℃，恆溫10min，反應結束後自然冷卻，得到燒結塊。該球團的強度等參數如表2所示。
實施例5
本實施例用於說明本發明的氧化鎂球團粘結劑及其球團製備方法。
所用氧化鎂粉末原料的氧化鎂純度為94wt％的mgo，將羧甲基纖維素鈉30g，腐植酸40g，丙烯酸樹脂30g，糖漿40g，聚乙烯吡咯烷酮30g，聚丙烯醯胺40g，矽酸鈉50g，與1.0kg的水配製成膠狀粘結劑後與8.7kg氧化鎂粉末混合得到混合料。
將該混合料倒入壓球機中，利用壓球機(成型壓力15mpa)壓球，得到尺寸為φ30×15mm的生球團。然後將該生球在烘箱中，乾燥溫度為100℃之下，乾燥5h得到幹球團。將幹球團置於程序升溫爐中，以4℃/min的速度升溫至1200℃，恆溫20min，反應結束後自然冷卻，得到燒結塊。該球團的強度等參數如表2所示。
實施例6
本實施例用於說明本發明的氧化鎂球團粘結劑及其球團製備方法。
所用氧化鎂粉末原料的氧化鎂純度為97.5wt％的mgo，將羧甲基纖維素鈉45g，腐玉米澱粉45g，丙烯酸樹脂50g，聚乙烯吡咯烷酮40g，聚丙烯醯胺40g，矽酸鈉60g，消石灰50g與1.1kg的水配製成膠狀粘結劑後與8.6kg氧化鎂粉末混合得到混合料。
將該混合料倒入壓球機中，利用壓球機(成型壓力25mpa)壓球，得到尺寸為φ30×15mm的生球團。然後將該生球在烘箱中，乾燥溫度為100℃之下，乾燥5h得到幹球團。將幹球團置於程序升溫爐中，以4℃/min的速度升溫至1250℃，恆溫25min，反應結束後自然冷卻，得到燒結塊。該球團的強度等參數如表2所示。
表2
本發明中將氧化鎂與所配製的複合粘結劑混合經壓球機壓球後製備成氧化鎂球團，製備的球團經燒結後抗壓強度達到780n/個以上，抗壓強度高，壓球使用的複合粘結劑由有機粘結劑與無機粘結劑組成，在燒結之後殘留量少，製得的球團能夠直接用於電熔鎂砂的製備，滿足電熔鎂砂製備時的強度要求，具有廣闊的工業前景。
青海察爾汗鹽湖是我國最大的氯化物型鈉鉀鎂鹽礦床，隨著鉀資源的開發利用，副產了大量的氯化鎂，基於其資源特點，依託氧化鎂製備鎂砂工藝，利用從鹽湖滷水中提取的高純氧化鎂，開發實用技術，對拓展鎂砂製備研究，促進資源綜合利用具有重要意義。
根據本發明的複合粘結劑得到的氧化鎂球團或氧化鎂球團強度高，在電熔過程中不容易破碎，且愛製備工藝簡單，可直接應用於工業大規模生產，避免粉料直接入爐造成的爐況惡化及對環境造成的汙染。
本發明粘結劑製備的氧化鎂球團可直接用於製備電熔鎂砂。