在棕剛玉冶煉過(guò)程中,原料來(lái)源的選擇和原料的質(zhì)量控制非常重要,也是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的過(guò)程;原材料的選擇在一定程度上決定了其產(chǎn)品的適用范圍;原材料質(zhì)量能否得到有效控制,不僅嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和性能,而且直接影響棕剛玉生產(chǎn)的制造成本;因此,在棕剛玉的生產(chǎn)過(guò)程中,必須嚴(yán)格控制主要原料鋁土礦、鐵屑和無(wú)煙煤,尤其是SiO2和Cao。SiO2和Cao的引入不僅給生產(chǎn)帶來(lái)了困難,影響了制造成本,降低了Al2O3和TiO2中有價(jià)值成分的含量,而且由于產(chǎn)品質(zhì)量的缺乏,影響了商品價(jià)格和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。
一、冶煉棕剛玉主要原料技術(shù)條件
生產(chǎn)普通棕剛玉(用作磨料或高溫耐火材料),其主要原料鋁土礦、鐵屑和無(wú)煙煤(焦炭)的化學(xué)成分具有一定的技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)。
二、高硅高鈣鋁土礦原料成因分析
用于冶煉棕剛玉的鋁土礦熟料不同于用于生產(chǎn)金屬鋁和耐火材料的鋁土礦。用于冶煉棕剛玉的鋁土礦熟料是高Al2O3、TiO2、低SiO2和Cao的優(yōu)質(zhì)鋁土礦,而用于生產(chǎn)金屬鋁和耐火材料的鋁土礦對(duì)上述指標(biāo)的要求相對(duì)較低,能夠滿足生產(chǎn)需要。目前,我國(guó)剛玉材料生產(chǎn)企業(yè)約170家,生產(chǎn)能力約200萬(wàn)噸。根據(jù)生產(chǎn)能力,剛玉生產(chǎn)僅使用約240萬(wàn)噸高鋁和優(yōu)質(zhì)熟鋁土礦。由于許多基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和剛玉制造業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)鋁土礦的需求量迅速增加。由于鋁土礦資源匱乏,加之部分鋁土礦供應(yīng)商和中間環(huán)節(jié)行為不規(guī)范,棕剛玉冶煉用熟鋁土礦的數(shù)量和質(zhì)量難以保證;A/s從20世紀(jì)80年代的25-30:1下降到90年代的15-20:1。現(xiàn)在一些企業(yè)經(jīng)常使用a/s10-12:1鋁土礦。有時(shí),一些企業(yè)使用的鋁土礦中二氧化硅含量超過(guò)10%,這并沒(méi)有引起企業(yè)決策者的注意。如何擺脫技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的雙重困境更是束手無(wú)策。目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)普通棕剛玉(用于磨料或高溫耐火材料)所用鋁土礦原料的Al2O3、SiO2和Fe2O3含量在南部和北部相似。通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析,生產(chǎn)棕剛玉用鋁土礦中的有害雜質(zhì)SiO2和Cao來(lái)自鋁土礦中的固結(jié)材料本身;第二,它是在細(xì)土表面與鋁土礦熟料混合的情況下引入的。前者包含在原材料本身中,在選擇原材料來(lái)源時(shí)可以適當(dāng)控制,或進(jìn)行礦石選擇和混合處理,以確保原材料的質(zhì)量,而后者是一個(gè)更重要的參與來(lái)源,需要由棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)自己嚴(yán)格控制。由于鋁土礦資源的日益短缺,鋁土礦熟料與細(xì)土表面混合的問(wèn)題可能會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重,使生產(chǎn)企業(yè)陷入“棄而不舍、用而不可”的困境,也給棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重的困難和挑戰(zhàn)。此外,從以上原料的數(shù)學(xué)分析可以看出,無(wú)煙煤和鐵屑中帶入的有害雜質(zhì)SiO2和Cao也應(yīng)得到足夠的重視和嚴(yán)格控制。由于SiO2和Cao的過(guò)度混合,棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)消耗電力和原材料,增加了生產(chǎn)成本。更重要的是,產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)重失控,使用性能有限。必須找到經(jīng)濟(jì)合理的解決辦法。
三、 工藝設(shè)計(jì)與控制
SiO2和Cao對(duì)棕剛玉的產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用范圍有很大的危害,必須在生產(chǎn)和工藝技術(shù)上加以嚴(yán)格控制。在棕剛玉冶煉過(guò)程中,可以通過(guò)氣化、升華或還原去除SiO2和Cao,生產(chǎn)低硅鐵,而在棕剛玉冶煉過(guò)程中很難去除Cao。因此,有必要嚴(yán)格控制原材料(鋁土礦、無(wú)煙煤和鐵屑)中Cao的含量,并設(shè)計(jì)合理適當(dāng)?shù)墓に嚭图夹g(shù)方案來(lái)轉(zhuǎn)移和控制Cao。
過(guò)程控制:
1.對(duì)采購(gòu)的原材料來(lái)源進(jìn)行分類控制,實(shí)現(xiàn)源頭控制。在正常情況下,冶煉棕剛玉的主要原料中的SiO2和Cao應(yīng)控制在6%以內(nèi),而Cao應(yīng)控制在0.5%以內(nèi)。
2.對(duì)采購(gòu)鋁土礦中夾帶的細(xì)土表面進(jìn)行篩選(或粉塵回收)預(yù)處理,確保冶煉原料的凈化和穩(wěn)定性。
3.控制煤、型煤等原料中的雜質(zhì)含量,嚴(yán)格控制焦炭、型煤等原料中的雜質(zhì)含量。
4.配料前不僅要嚴(yán)格選擇鋁土礦、無(wú)煙煤和鐵屑,而且要合理設(shè)計(jì)和嚴(yán)格控制入爐的主要原料鋁土礦的化學(xué)成分和粒度,以及早期使用的材料的合理比例,冶煉中后期應(yīng)分別設(shè)計(jì)。同時(shí)嚴(yán)格控制來(lái)料粒度范圍,確保冶煉過(guò)程順利進(jìn)行。
5.合理設(shè)計(jì)和利用回收的細(xì)粉。在熔煉過(guò)程中,根據(jù)熔煉原理,調(diào)節(jié)剛玉熔融溶液的pH值,按比例混合還原劑、澄清劑、助熔劑、促進(jìn)劑等原料,加工成球狀或塊狀復(fù)合材料,然后進(jìn)行熔煉。綜合效益較好,既經(jīng)濟(jì)合理,又降低了冶煉難度,更重要的是在冶煉過(guò)程中有效地控制了棕剛玉的質(zhì)量。
工藝技術(shù)方案設(shè)計(jì):
1.工藝流程:
鋁土礦(無(wú)煙煤和鐵屑)的倉(cāng)儲(chǔ)檢查和控制→ 材料準(zhǔn)備(分級(jí)控制)→ 顆粒制備→ 干燥處理)→ 配料→ 熔煉→ 傾倒→ 冷卻→ 壓碎→ 計(jì)量和倉(cāng)儲(chǔ)
2.冶煉工藝設(shè)計(jì)
冶煉是生產(chǎn)棕剛玉的重要工序。通過(guò)熔煉,控制合適的熔煉氣氛,使鋁土礦與還原劑(無(wú)煙煤或焦炭顆粒)和澄清劑(鐵屑)在高溫下反應(yīng),去除雜質(zhì),形成α-Al2O3,從而獲得符合質(zhì)量要求的剛玉塊。
- 對(duì)爐料進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)合理可控的進(jìn)料;通過(guò)合理調(diào)整爐內(nèi)熔體的pH值,優(yōu)化裝料設(shè)計(jì),獲得良好的冶煉指標(biāo)。
- 爐內(nèi)主要化學(xué)反應(yīng):
經(jīng)分析除塵粉的成分,SiO2約為40%,Al2O3約為40%,K2O約為10%,其余為Fe2O3和碳粉。
在冶煉過(guò)程中,約50%的TiO2被還原并與元素Ti一起進(jìn)入低鐵硅合金,剩余的TiO2與有價(jià)值的成分一起進(jìn)入剛玉塊,而鋁土礦雜質(zhì)中有價(jià)值的MgO和Cao基本上保留其固有含量并進(jìn)入剛玉塊。 - 負(fù)擔(dān)率計(jì)算:
原材料按1000kg熟鋁土礦計(jì)算,
式中:SiO2%、Fe2O3%和TiO2%分別表示原料中SiO2、Fe2O3和TiO2的百分比含量,C%表示無(wú)煙煤中固定碳的百分比含量,F(xiàn)e%表示鐵屑中的鐵含量,K表示鐵硅比(K取5.5) - 熔煉循環(huán)設(shè)計(jì)
根據(jù)冶煉設(shè)備的能力,設(shè)計(jì)爐料分批制備系統(tǒng),并在前、中、后期分別混合冶煉爐料,是解決爐料差異的合理優(yōu)化工藝設(shè)計(jì),對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果十分有利。
3.冶煉過(guò)程控制
- 爐前調(diào)整:
在生產(chǎn)過(guò)程中,可根據(jù)用戶的質(zhì)量指標(biāo)要求適當(dāng)控制熔煉還原度,實(shí)現(xiàn)有效的質(zhì)量控制。但由于進(jìn)廠鋁土礦的批次和數(shù)量、取樣方法、冶煉操作方法等因素,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,有時(shí)需要在爐前通過(guò)棒棒進(jìn)行調(diào)整(在熟悉工藝匹配和工藝操作后,可以取消調(diào)整爐的過(guò)程)。 - 爐內(nèi)還原控制:由于鋁土礦中Al2O3含量的降低和SiO2含量的增加,在冶煉過(guò)程中必須增加C的參與,這會(huì)加強(qiáng)爐內(nèi)還原氣氛的凝聚,產(chǎn)生大量高溫氣體,從而增加
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