权利要求
1.一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，其特征在于，工艺流程包括如下步骤：
S1，原料预处理，将原矿依次进行粗碎、细磨和磁选除铁预处理;
S2，中性控氧一段焙烧，预处理粉体经气力输送系统送入悬浮焙烧炉，通入限氧混合气在620±10℃下停留7±0.5分钟，发生部分分解;
S3，自还原二段焙烧，一段热物料经密封螺旋
给料机送入二段流化床反应器，注入CO混合气和N2保护气，在470±10℃下反应5±0.5分钟进行还原反应，反应结束出料后经水冷螺旋输送机降温至200℃;
S4，深度除铁与急冷，二段焙烧还原后物料通过高压磁选机分选Fe3O4，净物料进入氮气喷吹急冷塔进行冷却，冷却后的成品进行包装，活性氧化镁入库。
2.根据权利要求1所述一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，其特征在于，步骤S1中，粗碎阶段，
菱镁矿原矿经颚式
破碎机破碎至≤20mm，细磨阶段采用立式辊磨机研磨至粒径D90≤0.074mm，200目，磁选除铁阶段通过永磁滚筒磁选机预除铁，永磁滚筒磁选机的磁场强度0.8T，Fe2O3≤1.2%。
3.根据权利要求1所述一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，其特征在于，步骤S2中，部分分解反应式：MgCO3→MgO·0.3MgCO3+CO↑，烟气经旋风分离器收集粉尘，气体进入CO富集系统。
4.根据权利要求1所述一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，其特征在于，步骤S2中，所述悬浮焙烧炉配置氧浓度传感器实时监测O2浓度，悬浮焙烧炉配置温度-氧浓度协同控制模块，控制目标为维持分解温度620±5℃，O2浓度6±0.2%。
5.根据权利要求1所述一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，其特征在于，步骤S3中，所述CO混合气的浓度为6-8%由一段焙烧自产，所述流化床反应器配置有CO浓度监测仪监测CO混合气的浓度，二段流化床反应器设置还原时间自适应控制模块，控制目标为根据原料Fe2O3含量动态调整反应时间。
6.根据权利要求1所述一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，其特征在于，步骤S4中，所述高压磁选机分选的磁选尾渣进行废弃，所述喷吹急冷塔将物料以≥100℃/s速率冷却至80℃，通过微粉包装机进行包装。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及煅烧工艺技术领域，特别是涉及一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺。
背景技术
[0002]高活性氧化镁是指具有高比表面积、多孔结构、晶粒尺寸小且化学反应活性强的氧化镁，低温快速煅烧是一种通过控制温度和时间，避免MgO晶体过度生长的节能工艺，其核心是低温和短时，对比传统工艺，可显著提升活性并降低能耗，高活性氧化镁的本质是保留非晶态结构，通过抑制晶体生长提升表面反应活性，高活性氧化镁的本质是保留非晶态结构，通过抑制晶体生长提升表面反应活性，二者共同推动菱镁矿资源的高值化利用，尤其适合处理传统工艺废弃的
低品位矿或粉矿，兼具经济与环保效益。
[0003]传统的常规煅烧需800–1000℃高温，能耗高且导致MgO晶体过度生长，比表面积<30m2/g，活性低，CAA>25s，且低品位矿或粉矿因铁杂质高(Fe2O3>1.5%)无法直接利用，磁选前需额外还原剂除铁，成本增加，现有的水化-二次煅烧法，流程长达4小时，效率低，悬浮焙烧但温度仍>750℃，活性提升有限，为此现提出一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，通过620℃低温分段控氧焙烧替代传统800-1000℃高温长时煅烧，在能耗降低的同时，利用限氧分解形成多孔中间相抑制晶体生长，有效提高比表面积，突破高温导致晶体粗化的行业瓶颈，通过自产CO气体循环还原除铁技术，一段焙烧生成6-8%浓度CO用于二段流化床定向还原铁杂质，结合1.4T高压磁选使降低Fe2O3残留量，提高低品位矿利用率。
发明内容
[0004]本发明提供了一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，解决了高活性氧化镁工业化生产中能耗与活性不可兼得、低品位矿利用受限、活性稳定性差的问题。
[0005]本发明解决上述技术问题的方案如下：一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，工艺流程包括如下步骤：
[0006]S1，原料预处理，将原矿依次进行粗碎、细磨和磁选除铁预处理;
[0007]S2，中性控氧一段焙烧，预处理粉体经气力输送系统送入悬浮焙烧炉，通入限氧混合气在620±10℃下停留7±0.5分钟，发生部分分解;
[0008]S3，自还原二段焙烧，一段热物料经密封螺旋给料机送入二段流化床反应器，注入CO混合气和N2保护气，在470±10℃下反应5±0.5分钟进行还原反应，反应结束出料后经水冷螺旋输送机降温至200℃;
[0009]S4，深度除铁与急冷，二段焙烧还原后物料通过高压磁选机分选Fe3O4，净物料进入氮气喷吹急冷塔进行冷却，冷却后的成品进行包装，活性氧化镁入库。
[0010]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0011]进一步，步骤S1中，粗碎阶段，菱镁矿原矿经颚式破碎机破碎至≤20mm，细磨阶段采用立式辊磨机研磨至粒径D90≤0.074mm，200目，磁选除铁阶段通过永磁滚筒磁选机预除铁，永磁滚筒磁选机的磁场强度0.8T，使Fe2O3≤1.2%，为低温还原创造原料基础，细磨粒度与磁场强度的量化配合，使传统废弃的Fe2O3>1%矿粉利用率从40%提升至95%，且避免过粉碎导致的能耗浪费。
[0012]进一步，步骤S2中，部分分解反应式：MgCO3→MgO·0.3MgCO3(多孔中间相)+CO↑，烟气经旋风分离器收集粉尘，气体进入CO富集系统，实现物质循环利用，中间相MgO·0.3MgCO3的纳米孔隙(50-100nm)为高比表面积(>80m2/g)提供支撑;自产CO浓度达6-8%，消除外购还原剂成本，气体利用率>90%。
[0013]进一步，步骤S2中，所述悬浮焙烧炉配置氧浓度传感器实时监测O2浓度，悬浮焙烧炉配置温度-氧浓度协同控制模块，控制目标为维持分解温度620±5℃，O2浓度6±0.2%，限氧环境抑制MgO晶体完全生长，温度波动<±0.5%避免中间相过分解，产品CAA值波动从±5s压缩至±0.8s。
[0014]进一步，步骤S3中，所述CO混合气的浓度为6-8%由一段焙烧自产，所述流化床反应器配置有CO浓度监测仪监测CO混合气的浓度，二段流化床反应器设置还原时间自适应控制模块，控制目标为根据原料Fe2O3含量动态调整反应时间，自适应算法使高杂质矿(Fe2O3=1.5%)反应时间优化至5.6分钟，较固定时长工艺铁残留降低60%，能耗减少15%。
[0015]进一步，步骤S4中，所述高压磁选机分选的磁选尾渣进行废弃，所述喷吹急冷塔将物料以≥100℃/s速率冷却至80℃，通过微粉包装机进行包装，氮气急冷塔强制≥100℃/s冷却速率，配合水冷螺旋预降温至200℃，实现80℃终温控制，磁选尾渣(Fe2O3>20%)直接废弃。
[0016]本发明的有益效果是：本发明提供了一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，具有以下优点：
[0017]1、解决了传统煅烧工艺需800-1000℃高温煅烧数小时，导致MgO晶体粗化，比表面积<30m2/g的问题，本方案通过620℃低温分段焙烧，总时长≤15分钟，在降低能耗的同时，利用限氧分解形成多孔中间相，有效抑制晶体生长，并有效提升比表面积;
[0018]2、解决了低品位矿杂质去除难题，针对Fe2O3>1.5%的低品位矿采用自产气体循环还原除铁，一段焙烧自产6-8%浓度CO气体，传统工艺需外购还原剂，，二段流化床中实现定向还原，3Fe2O3+CO→2Fe3O4，结合1.4T高压磁选，使Fe2O3残留量≤0.25%，突破低品位矿应用限制;
[0019]3、解决了传统急冷工艺冷却速率低，无法锁定非晶态结构的问题，本方案采用氮气涡流喷吹急冷塔，使产物CAA值稳定在10-13秒，有效提高了冷却效率;
[0020]4、设置能量-物质协同循环系统，一段烟气CO直接用于二段还原，减少外部能源输入，余热用于原料干燥，可有效减少能源消耗;
[0021]5、设置智能控制双闭环设计，温度-氧浓度协同控制，防止过分解导致孔隙塌陷，还原时间自适应算法，动态优化反应时长，应对矿石成分波动;
[0022]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0023]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0024]图1为本发明一实施例提供的一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺的系统架构图;
[0025]图2为本发明一实施例提供的一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺的工艺流程图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图1-2对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0027]需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0028]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0029]如图1-2所示，本发明提供了一种高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺，工艺流程包括如下步骤：
[0030]S1，原料预处理，将原矿依次进行粗碎、细磨和磁选除铁预处理;
[0031]粗碎阶段，菱镁矿原矿(MgCO3≥70%)经颚式破碎机破碎至≤20mm，细磨阶段采用立式辊磨机研磨至粒径D90≤0.074mm(200目)，磁选除铁阶段通过永磁滚筒磁选机(磁场强度0.8T)预除铁，使Fe2O3≤1.2%。
[0032]S2，中性控氧一段焙烧，预处理粉体经气力输送系统送入悬浮焙烧炉，通入限氧混合气在620±10℃下停留7±0.5分钟，发生部分分解;
[0033]反应式：MgCO3→MgO·0.3MgCO3(多孔中间相)+CO↑;
[0034]烟气经旋风分离器收集粉尘(回用)，气体进入CO富集系统;
[0035]所述悬浮焙烧炉配置氧浓度传感器实时监测O2浓度;
[0036]悬浮焙烧炉配置温度-氧浓度协同控制模块，控制目标为维持分解温度620±5℃，O2浓度6±0.2%;
[0037]PID前馈-反馈控制
[0038]def control_oxygen_temp(current_temp,current_O2,set_temp=620,set_O2=6):
[0039]#PID参数(根据炉型调试设定)
[0040]Kp_temp,Ki_temp,Kd_temp=1.2,0.05,0.3
[0041]Kp_O2,Ki_O2,Kd_O2=0.8,0.01,0.2
[0042]#温度控制(调节天然气阀门开度)
[0043]temp_error=set_temp-current_temp
[0044]gas_valve=Kp_temp*temp_error+Ki_temp*integral(temp_error)+Kd_temp*derivative(temp_error)
[0045]#氧浓度控制(调节N2稀释气流量)
[0046]O2_error=set_O2-current_O2
[0047]N2_flow=Kp_O2*O2_error+Ki_O2*integral(O2_error)+Kd_O2*derivative(O2_error)
[0048]return gas_valve,N2_flow;
[0049]S3，自还原二段焙烧，一段热物料经密封螺旋给料机送入二段流化床反应器，注入一段自产浓度6-8%的CO混合气和N2保护气，在470±10℃下反应5±0.5分钟进行还原反应，反应结束出料后经水冷螺旋输送机降温至200℃;
[0050]反应式：3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2;
[0051]所述流化床反应器配置有CO浓度监测仪监测CO混合气的浓度;
[0052]二段流化床反应器设置还原时间自适应控制模块，控制目标为根据原料Fe2O3含量动态调整反应时间;
[0053]算法公式：
[0054]t=tbase+k·(CFe-Cbase)
[0055]Tbase=5min(基准时间);
[0056]Cbase=1.0%(基准铁含量);
[0057]k=2.0min/%;
[0058]执行示例：
[0059]若检测到Fe2O3=1.3%，则反应时间t=5+2.0×(1.3-1.0)=5.6min;
[0060]S4，深度除铁与急冷，还原后物料通过高压磁选机(1.4T)分选Fe3O4，磁选尾渣(Fe2O3≤0.25%)废弃，净物料进入氮气喷吹急冷塔，以≥100℃/s速率冷却至80℃，成品通过微粉包装机进行包装，活性氧化镁入库。
[0061]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0062]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制;凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明;但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
说明书附图(2)
声明：
“高活性氧化镁的低温快速煅烧工艺” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：辽宁科技学院
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