一种低品位菱镁矿综合利用方法
技术领域
本发明涉及低品位菱镁矿产物利用技术领域，特别是涉及一种低品位菱镁矿综合利用方法。
背景技术
目前，属于特种矿产资源的菱镁矿经过长时间开采，其储量已经大幅减少。而且，对于菱镁矿的加工，传统的方式是弃贫用富，这就使得大量低品位菱镁矿被抛弃。选矿后的尾矿造成了资源浪费和新的污染，甚至侵占农田或山林。另外，由于传统工艺技术比较落后，使得在菱镁矿的加工过程中还存在产品质量不可控、且操作人员劳动强度大、节能效果很差等问题。
申请号为“201710584845.3”、名称为“一种低品位菱镁矿综合利用方法”的中国发明专利中，采用表面活性剂对经国粉碎与筛分的低品位菱镁矿改性后，直接与硫酸或盐酸进行化学反应，以制备七水硫酸镁或六水氯化镁，并回收利用二氧化碳。之后，一部分二氧化碳与纯碱工艺耦合，生产碳酸氢钠与氯化铵；另一部分二氧化碳通入含有氯化镁与氨的溶液中，以生成碱式碳酸镁与氯化铵。将氯化铵与轻烧粉反应，生成的氯化镁与蒸出的氨气被循环利用。含有硅钙与轻烧粉的过滤残渣与七水硫酸镁反应，制备硫氧镁胶凝材料。总之，该低品位菱镁矿综合利用方法使得低品位菱镁矿得到了一定程度的应用，但是其利用程度与利用率仍然比较低；更重要的是，产品质量空置率也比较低。
由此可见，在现有技术中，低品位菱镁矿加工工艺过程中存在着产品质量较低、污染比较严重、浪费较大等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种产品质量高、污染非常低、节能程度非常高、有效利用低品位矿产资源、经济效益巨大的低品位菱镁矿综合利用方法。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：
一种低品位菱镁矿综合利用方法，包括如下步骤：
步骤1、在闪速窑中，将来自还原炉的高温煤气作为可燃气体、来自二氧化碳储罐的降温烟气与氧气的混合气体作为助燃剂，对依次经过粗破、细破、筛分后的低品位菱镁矿进行焙烧，得到轻烧粉与高温烟气。
步骤2、将高温烟气输送至余热锅炉；同时，对轻烧粉进行物理分选：将氧化镁含量为[90％，96％]的、被压成球状的轻烧粉输送至中档窑进行煅烧；将氧化镁含量为[85％，90％)的轻烧粉输送至纯碱工艺；将氧化镁含量为[70％，85％)的轻烧粉输送至轻质碳酸镁制作工艺；将氧化镁含量小于70％的轻烧粉作为废渣输送至波镁板工艺。
步骤3、在中档窑中，将来自还原炉的高温煤气作为可燃气体、将来自二氧化碳储罐的降温烟气与氧气的混合气体作为助燃剂，对氧化镁含量为[90％，96％]、被压成球状的轻烧粉进行煅烧，得到高温的高密度氧化镁球；通入来自二氧化碳储罐的降温烟气，对高温的高密度氧化镁球进行冷却，输出冷却后的高密度氧化镁球；同时，将吸收热量的降温烟气与可燃气体与助燃气体燃烧产生的二氧化碳被输送至还原炉。
步骤4、在还原炉中，来自中档窑的二氧化碳、吸收热量的降温烟气与喷入还原炉的兰炭、蒸汽和氧气发生还原反应，生成高温煤气；一部分高温煤气被输送至中档窑、闪速窑，另一部分高温煤气被输送至余热锅炉。
步骤5、来自还原炉的高温煤气、来自闪速窑的高温烟气分别与余热锅炉中的水进行热交换，使得余热锅炉中的水变成高压蒸汽，该高压蒸汽驱动发电机组进行发电，所得电能自用或向外供应。
步骤6、高温煤气与余热锅炉中的水进行热交换后自余热锅炉流出，并继续与其他介质进行热交换，得到降温煤气；之后，降温煤气经加压机加压后送入煤气储罐。
步骤7、高温烟气与余热锅炉中的水进行热交换后自余热锅炉流出，并继续与其他介质进行热交换，得到降温烟气；之后，降温烟气经加压机加压后送入二氧化碳气体储罐；二氧化碳储罐中的一部分降温烟气还作为纯碱生产与轻质碳酸镁生产的原料气体，一部分降温烟气被输送至闪速窑与中档窑，另一部分降温烟气供应养殖基地。
综上所述，本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法中，对通常弃用的氧化镁含量为40％～43％的低品位菱镁矿进行预处理后输送至闪速窑进行焙烧，将得到的高温烟气作为中档窑、闪速窑等其他工艺设备的助燃剂材料，作为纯碱、轻质碳酸镁等工艺的生产原料，作为饲料种植的光合作用介质，还作为发电系统的热源，等等；同时，对自分解充分后的轻烧粉进行物理选矿，根据轻烧粉中氧化镁含量将其分别输送至不同工艺，作为不同工艺的生产原料。本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法中，对于中档窑生成的二氧化碳，采用还原炉进行还原，以生成整个低品位菱镁矿综合利用系统中所需的煤气。进一步地，为了使还原得到的高温煤气被充分利用，该高温煤气与闪速窑输出的高温烟气分别被输送至发电系统作为电力热源，通过蒸汽轮机发电，完全满足整个低品位菱镁矿综合利用系统生产过程的电能使用；同时，与国家电网实现并网，满足低品位菱镁矿综合利用系统以外的用户使用，对节能创效意义重大。实际应用中，以轻烧镁粉为基础，采用本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法能节约标准煤56公斤标准煤/公斤轻烧粉，经济效果巨大。综上所述，本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法实现了闪速窑内二氧化碳的富集与提纯、中档窑内脱硝、物理选矿、余热发电、二氧化碳的还原再利用、水的循环利用，不仅保证了低品位菱镁矿综合利用系统自身的生产使用，还能为自身系统外的其它设备或系统所用；而且，本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法几乎无气体排放、无尾矿产生，故几乎不造成环境污染。由此可知，本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法开辟了一条有效利用低品位矿产资源、节能降耗且能提供能源、无环境污染、经济效益巨大的有效途径。
附图说明
图1为本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法的总体流程示意图。
图2为本发明所述低品位菱镁矿综合利用工艺框架示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
图1为本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法的总体流程示意图。图2为本发明所述低品位菱镁矿综合利用工艺框架示意图。如图1、图2所示，本发明所述一种低品位菱镁矿综合利用方法，包括如下步骤：
步骤1、在闪速窑中，将来自还原炉的高温煤气作为可燃气体、来自二氧化碳储罐的降温烟气与氧气的混合气体作为助燃剂，对依次经过粗破、细破、筛分后的低品位菱镁矿进行焙烧，得到轻烧粉与高温烟气。
本发明中，低品位菱镁矿氧化镁含量为40％～43％的菱镁矿。筛分后的低品位菱镁矿的粒度用区间方法表示为(0毫米，0.5毫米)。所述闪速窑焙烧得到的轻烧粉包括：焙烧充分的轻烧粉、焙烧不充分的轻烧粉。
本发明中，闪速窑排出的高温烟气包含二氧化碳；其中，高温烟气中二氧化碳的浓度达95％。由此可见，闪速窑实现了高浓度二氧化碳的富集。实际应用中，闪速窑排出的高温烟气的温度为900℃～950℃；闪速窑排出的燃烧充分的轻烧粉的温度为800℃～850℃。
实际应用中，闪速窑对物料的焙烧是需要燃料的。闪速窑对燃料燃烧产物具有提纯富化二氧化碳的作用，以获得高浓度、高品质的二氧化碳。
步骤2、将高温烟气输送至余热锅炉；同时，对轻烧粉进行物理分选：将氧化镁含量为[90％，96％]的、被压成球状的轻烧粉输送至中档窑进行煅烧；将氧化镁含量为[85％，90％)的轻烧粉输送至纯碱工艺；将氧化镁含量为[70％，85％)的轻烧粉输送至轻质碳酸镁制作工艺；将氧化镁含量小于70％的轻烧粉作为废渣输送至波镁板工艺。
步骤2中，对轻烧粉进行物理选矿，根据轻烧粉中氧化镁含量将其分别输送至不同工艺，作为不同工艺的生产原料。采用物理选矿方式对轻烧粉进行分类，避免了将矿石加工到几百目粒度这样的工序，也避免了化学选矿导致的尾矿产生，也减轻了选矿负荷。实际应用中，尾矿会带来各种弊病，比如，水耗、污染等。
这里，所述将氧化镁含量为[90％，96％]的轻烧粉输送至中档窑进行煅烧具体为：将该部分轻烧粉压成球状后，输送至中档窑中煅烧，生成中档镁砂。中档镁砂即为高密度氧化镁。输送至纯碱工艺的氧化镁含量为[85％，90％)的轻烧粉作为生产纯碱的原料。输送至轻质碳酸镁制作工艺的氧化镁含量为[70％，85％)的轻烧粉作为生产轻质碳酸镁的原料。氧化镁含量低于70％的轻烧镁粉作为废渣被输送至波镁板工艺，作为生产波镁板的原料。
步骤3、在中档窑中，将来自还原炉的高温煤气作为可燃气体、将来自二氧化碳储罐的降温烟气与氧气的混合气体作为助燃剂，对氧化镁含量为[90％，96％]、被压成球状的轻烧粉进行煅烧，得到高温的高密度氧化镁球；通入来自二氧化碳储罐的降温烟气，对高温的高密度氧化镁球进行冷却，输出冷却后的高密度氧化镁球；同时，将吸收热量的降温烟气与可燃气体与助燃气体燃烧产生的二氧化碳被输送至还原炉。
本发明中，所述高密度氧化镁球的的密度为3.9吨/立方米。实际应用中，冷却后的高密度氧化镁球即为中档镁砂。
实际应用中，对于作为中档窑对轻烧粉进行煅烧燃料可燃气体与助燃剂而言，由于可燃气体与助燃剂中均不含有氮气，故中档窑在对轻烧粉进行煅烧的过程中，不会产生影响中档镁砂质量的硝。由此可见，中档窑在对轻烧粉进行煅烧的过程中实现了窑内脱硝，提高了煅烧生成的高密度中档镁砂的品质。
步骤4、在还原炉中，来自中档窑的二氧化碳、吸收热量的降温烟气与喷入还原炉的兰炭、蒸汽和氧气发生还原反应，生成高温煤气；一部分高温煤气被输送至中档窑、闪速窑，另一部分高温煤气被输送至余热锅炉。
本发明中，所述高温煤气的温度为800℃～850℃。
实际应用中，还原炉每还原1标准立方米的二氧化碳，就可以生成2.03标准立方米的一氧化碳。将一氧化碳作为生产燃料，可大量节约生产过程中所需要的燃料。
步骤5、来自还原炉的高温煤气、来自闪速窑的高温烟气分别与余热锅炉中的水进行热交换，使得余热锅炉中的水变成高压蒸汽，该高压蒸汽驱动发电机组进行发电，所得电能自用或向外供应。
本发明中，在年产10万吨的轻烧氧化镁粉生产系统中，所述发电机组的发电量为10000千瓦时。
实际应用中，高温蒸汽冷凝后得到的冷凝水被送至余热锅炉的补水系统，循环使用。
步骤6、高温煤气与余热锅炉中的水进行热交换后自余热锅炉流出，并继续与其他介质进行热交换，得到降温煤气；之后，降温煤气经加压机加压后送入煤气储罐。
本发明中，高温煤气、降温煤气均为一氧化碳、二氧化碳、氢气、杂质气体的混合气体，且一氧化碳的体积含量为55％，二氧化碳的体积含量为29％，氢气的体积含量为13％，杂质气体的体积含量为3％。
本发明中，所述高温煤气经余热锅炉流出时的温度为240℃～260℃；所述降温煤气的温度为60℃。被预热的热水供纯碱工艺使用。
本发明中，其他介质包括水源、空气等。
步骤7、高温烟气与余热锅炉中的水进行热交换后自余热锅炉流出，并继续与其他介质进行热交换，得到降温烟气；之后，降温烟气经加压机加压后送入二氧化碳气体储罐；二氧化碳储罐中的一部分降温烟气还作为纯碱生产与轻质碳酸镁生产的原料气体，一部分降温烟气被输送至闪速窑与中档窑，另一部分降温烟气供应养殖基地。
本发明中，所述助燃剂为二氧化碳CO2与氧气O2的混合气体。
实际应用中，输送至养殖基地的降温烟气中的二氧化碳用作饲料种植的光合作用介质。
本发明中，所述步骤1之后、步骤2之前，还包括如下步骤：
步骤A、所述闪速窑内焙烧不充分的轻烧粉落入该闪速窑底部的储料仓内，并利用自身余热继续分解5小时后排出。
步骤B、所述焙烧充分的轻烧粉与高温烟气被一起输送至高温旋风分离器，高温旋风分离器对焙烧充分的轻烧粉与高温烟气进行分离，得到粒度大于200目的焙烧充分的轻烧粉。
步骤C、分离后的未焙烧充分的轻烧粉进入中间储罐，之后，利用自身余热继续分解4小时后被排出。
实际应用中，中间储罐设有外保温，以确保燃烧充分的轻烧镁粉自分解的进行。
实际应用中，自分解结束的轻烧粉由出料机械连续或定期排出，克服了现存闪速窑需要定期或不定期停窑清理窑内积料的弊病。而且，上述轻烧镁粉的输送都是在密闭通道内进行的，以避免外部粉尘对其污染。
总之，本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法中，对通常弃用的氧化镁含量为40％～43％的低品位菱镁矿进行预处理后输送至闪速窑进行焙烧，将得到的高温烟气作为中档窑、闪速窑等其他工艺设备的助燃剂材料，作为纯碱、轻质碳酸镁等工艺的生产原料，作为饲料种植的光合作用介质，还作为发电系统的热源，等等；同时，对自分解充分后的轻烧粉进行物理选矿，根据轻烧粉中氧化镁含量将其分别输送至不同工艺，作为不同工艺的生产原料。本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法中，对于中档窑生成的二氧化碳，采用还原炉进行还原，以生成整个低品位菱镁矿综合利用系统中所需的煤气。进一步地，为了使还原得到的高温煤气被充分利用，该高温煤气与闪速窑输出的高温烟气分别被输送至发电系统作为电力热源，通过蒸汽轮机发电，完全满足整个低品位菱镁矿综合利用系统生产过程的电能使用；同时，与国家电网实现并网，满足低品位菱镁矿综合利用系统以外的用户使用，对节能创效意义重大。实际应用中，以轻烧镁粉为基础，采用本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法能节约标准煤56公斤标准煤/公斤轻烧粉，经济效果巨大。综上所述，本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法实现了闪速窑内二氧化碳的富集与提纯、中档窑内脱硝、物理选矿、余热发电、二氧化碳的还原再利用、水的循环利用，不仅保证了低品位菱镁矿综合利用系统自身的生产使用，还能为自身系统外的其它设备或系统所用；而且，本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法几乎无气体排放、无尾矿产生，故几乎不造成环境污染。由此可知，本发明所述低品位菱镁矿综合利用方法开辟了一条有效利用低品位矿产资源、节能降耗且能提供能源、无环境污染、经济效益巨大的有效途径。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
