CN108046617B - 一种高纯冶金石灰的制作方法 - Google Patents

一种高纯冶金石灰的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高纯冶金石灰的制备方法，其化学成分重量百分比为：氧化钙CaO：93～98％，二氧化硅SiO2：0.01～0.3％，氧化镁MgO：0.01～0.3％，硫S：0.001～0.02％，碳C：0.01～0.15％，其制备方法经过了将石灰石进行焙烧得到氧化钙，然后对氧化钙进行消化得到氢氧化钙，再对氢氧化钙进行制浆及压滤，这一过程将石灰中的大部分二氧化硅及氧化镁杂质去除掉得到纯净的氢氧化钙浆料，然后对浆料经过沉淀成型后进行焙烧，焙烧使用的能源为天然气或者煤气，杜绝了原料中碳对石灰的影响。

Description

一种高纯冶金石灰的制作方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种高纯冶金石灰的制作方法。
背景技术
石灰(CaO)作为钢铁冶金以及建材行业最基础的工业原料之一，通常是由石灰石(CaCO3)高温煅烧分解而成。在钢铁冶金行业主要用于转炉造渣、铁水预处理以及炉外精炼等多个工位，使用量达到70kg/吨钢以上。但是，无论冶金行业标准规定(YB/T042-2004)还是现有各种工艺和设备生产石灰的实物质量，都存在二氧化硅、氧化镁杂质含量以及碳含量指标偏高和反应活性偏低的问题(见表1)。现有技术生产的石灰产品可以用于一般的冶金过程和建材行业，但是对于精炼一些硅、碳和硫含量要求很低的超纯净钢则并不适用，石灰中二氧化硅、氧化镁杂质含量以及碳含量指标较高时在脱硫过程中会增加钢中碳、硅含量，严重制约超纯净钢冶炼工艺的实施，使该特种钢化学成分不达标，成分命中率大幅度降低，给超低碳钢生产企业造成很大的经济损失。
作为典型的沉积岩类型，石灰石中氧化镁与二氧化硅主要以杂质的形式共生与石灰石中，在石灰石分解的过程中会富集、残留在冶金石灰中，最终随冶金石灰进入到钢铁冶炼造渣过程中。其中氧化镁属于高熔点氧化物，其在冶金石灰中的残留会使得不同的精炼渣系粘度增加，不易于造渣。而二氧化硅则会降低渣系的碱度，不易于超纯净钢脱硫过程，且渣中二氧化硅的存在，会与钢水中的铝发生还原反应，使得钢水中铝含量降低，影响超纯净钢的冶炼。
而石灰石中碳有两种存在形态：一是无机碳，即以CO32-形式存在，是石灰石中碳的主要存在形式；二是有机碳，即石灰石成岩时包裹着的生物体内所含的有机碳，只占石灰石碳含量的极少部分。石灰石在高温煅烧过程中，无机碳分解出CO2气体逸出，而有机碳则以气态直接挥发出或与CO2反应生成CO2气体而逸出，最终得到以CaO为主的石灰。
但是，经过高温煅烧得到的石灰中仍然会残留一部分碳。按照其成因不同，残留碳可分为杂质碳、原生碳和再生碳三种：
1)杂质碳主要是采用燃料燃烧直接加热炉的煅烧工艺中，煤炭、燃油或燃气燃烧不完全而附着在石灰表面的游离碳，主要以单质碳的形式存在；
2)原生碳是石灰石块煅烧分解不完全的“夹生”石灰中所含的无机碳和有机碳的总和，其碳分布特点是集中在块状石灰的中心且在中心内分布较均匀，如竖窑生产的大块石灰和回转窑生产的小块石灰中常有石灰块的“夹生”现象(也称为“生烧”或“欠烧”)；
3)再生碳是采用直接燃烧加热的窑炉内燃料燃烧和石灰石分解产生大量的CO2气体，高浓度的CO2会再次与分解产物CaO生成CaCO3，这部分CaCO3在石灰冷却时不可能全部分解，有一部分仍滞留在石灰中以无机碳的形式存在，且一般石灰块表面的碳含量要略高于内部，具体含量高低随体系CO2浓度和冷却速度大小而异。
目前，国内大规模生产活性石灰的生产工艺，主要有竖窑、回转窑、机械窑，燃料主要采用煤粉、煤气、天然气。传统工艺生产出的活性石灰碳含量≥0.5％，二氧化硅与氧化镁含量高于0.6％，无法满足超纯净钢、高牌号硅钢、管线钢、超低碳钢质量要求。
尽管有关活性石灰的发明专利众多，涉及到降低石灰中的碳和硫含量的专利如申请号为200910063811.5“一种低硫低碳活性石灰的制备方法”，申请号为200610018345.5“一种活性石灰的生产方法”，申请号为201210358390.0“一种回转窑焙烧超低碳石灰的方法及其生产的石灰产品”，申请号为201110408955.7“一种多孔颗粒状低碳石灰及其生产方法”。但其产品大部分是在不同工艺条件下对石灰石进行焙烧，没有从本质上降低石灰中的氧化镁、二氧化硅杂质含量，且主要关注冶金石灰中碳含量的情况，并没有考虑到二氧化硅、氧化镁等杂质含量的情况，并不适用于超纯净钢的冶炼。
因此，急需开发出新的方法，来制备上述符合超纯净钢冶炼要求的石灰，在本发明中采用氢氧化钙经过焙烧以后利用Ca(OH)2＝CaO+H2O得到CaO的方式进行研制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高纯冶金石灰及其制作方法。其改变了传统的石灰生产工艺，即由石灰石高温焙烧得到石灰的工艺。其创造性的提出了先将石灰石进行焙烧得到氧化钙，然后对氧化钙进行消化得到氢氧化钙，再对氢氧化钙进行制浆及压滤，这一过程将石灰中的大部分二氧化硅及氧化镁杂质去除掉得到纯净的氢氧化钙浆料，然后对浆料经过沉淀成型后进行焙烧，焙烧使用的能源为天然气或者煤气，杜绝了原料中碳对石灰的影响。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种高纯冶金石灰，其特征在于，其化学成分重量百分比为：氧化钙CaO：93～98％，二氧化硅SiO2：0.01～0.3％，氧化镁MgO：0.01～0.3％，硫S：0.001～0.02％，碳C：0.01～0.15％。
本发明进一步提供了一种高纯石灰的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)石灰石的开采与破碎，将石灰石开采后在破碎机里破碎，破碎后选取粒度为20～50mm的石灰石备用；
(2)石灰石的焙烧，将步骤(1)中的石灰石在回转窑中焙烧，煅烧温度为1050～1100℃，得到活性氧化钙；并进行去除杂质，细化成40mm以下的粒径；
(3)活性氧化钙的消化，将步骤(2)中的活性氧化钙与水4～6:1的比例进行消化，得到氢氧化钙；在氢氧化钙中去除杂质；得到纯度大于93％的氢氧化钙；
(4)制浆，将步骤(3)中的氢氧化钙经过降温、沉淀过程后，再加入到水中，其中消石灰与水的比例为8～10:1制成氢氧化钙浆料；
(5)压滤，将步骤(4)中的氢氧化钙浆料用机械压滤模式进行压滤，滤袋目数为100目；去除浆料中不溶于水的氧钙镁、二氧化硅杂质，得到纯度大于93％-的氢氧化钙浆料；
(6)脱水处理，将步骤(5)中的氢氧化钙浆料，注入离心机中，离心机的角速度为100～120r/min，进行脱水处理，得到粉状氢氧化钙；
(7)成型，将步骤(6)中的粉状氢氧化钙经过高压压球机或圆盘成球机中的任意一种加工成10～40mm的球块状氢氧化钙；
(8)氢氧化钙焙烧，将步骤(7)中的球块状氢氧化钙在回转窑中经1100～1200℃高温焙烧2.0～2.5小时，得到高纯冶金石灰。
进一步所述石灰石中氧化钙重量百分比大于等于53％，硫的重量百分比小于等于0.02％。
进一步，所述的氢氧化钙焙烧过程中所用的燃料为天然气和/或煤气。
本发明的积极进步效果在于：其创造性的提出了先将石灰石进行焙烧得到氧化钙，然后对氧化钙进行消化得到氢氧化钙，再对氢氧化钙进行制浆及压滤，这一过程将石灰中的大部分二氧化硅及氧化镁杂质去除掉得到纯净的氢氧化钙浆料，然后对浆料经过沉淀成型后进行焙烧，焙烧使用的能源为天然气或者煤气，杜绝了原料中碳对石灰的影响。采用本发明说述的技术方案，有两方面重要改进：(1)将初次焙烧得到的石灰进行消化、制浆以及压滤处理，利用二氧化硅、氧化镁不溶于水、极微溶于碱的特征，将二氧化硅和氧化镁从原料中去除，达到了对中间原料精炼的目的，得到了高纯度的氢氧化钙中间料，为二次焙烧得到高纯净冶金石灰创造了条件。(2)二次焙烧过程中对不含碳的球块状氢氧化钙Ca(OH)2进行焙烧，而非传统的对石灰石CaCO3进行焙烧，同时采用天然气和/或煤气作为热源，使得成品冶金石灰中碳含量极低。
附图说明
图1是本发明的高纯冶金石灰的制作方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
使用所用的石灰石理化指标如下所示：
化学成分：氧化钙CaO：54.23wt％；硫S：0.015wt％；二氧化硅SiO2：0.42wt％；氧化镁MgO：0.53wt％。
粒度：20～50mm。
实施例1：
(1)石灰石的焙烧，将中的石灰石在回转窑中焙烧，煅烧温度为1050℃，得到活性氧化钙；并进行去除杂质，细化成40mm以下的粒径；
(2)活性氧化钙的消化，将步骤(2)中的活性氧化钙进行消化，得到消石灰(氢氧化钙)；活性氧化钙与水4:1的比例进行消化，得到氢氧化钙；在氢氧化钙中去除杂质；得到纯度大于93％的氢氧化钙；
(3)制浆，将步骤(3)中的消石灰制成氢氧化钙浆料；氢氧化钙经过降温、沉淀过程后，再加入到水中，其中消石灰与水的比例为8:1制成氢氧化钙浆料；
(4)压滤，将步骤(4)中的氢氧化钙浆料用机械压滤模式进行压滤，滤袋目数为100目；去除浆料中不溶于水的氧钙镁、二氧化硅杂质，得到纯度为93％的氢氧化钙浆料；
(5)脱水处理，将步骤(5)中的氢氧化钙浆料，注入离心机中，离心机的角速度为100r/min，进行脱水处理，得到粉状氢氧化钙；
(6)成型，将步骤(6)中的粉状氢氧化钙经过高压压球机加工成10～40mm的球块状氢氧化钙；
(7)氢氧化钙焙烧，将步骤(7)中的球块状氢氧化钙在回转窑中经1120℃高温焙烧2.0小时，得到高纯净冶金石灰。
实施例2：
(1)石灰石的焙烧，将中的石灰石在回转窑中焙烧，煅烧温度为1100℃，得到活性氧化钙；
(2)活性氧化钙的消化，将步骤(2)中的活性氧化钙进行消化，得到消石灰(氢氧化钙)；活性氧化钙与水6:1的比例进行消化，得到氢氧化钙；在氢氧化钙中去除杂质；得到纯度为98％的氢氧化钙；
(3)制浆，将步骤(3)中的氢氧化钙经过降温、沉淀过程后，再加入到水中，其中消石灰与水的比例为10:1制成氢氧化钙浆料；
(4)压滤，将步骤(4)中的氢氧化钙浆料用机械压滤模式进行压滤，滤袋目数为100目；去除浆料中不溶于水的氧钙镁、二氧化硅杂质，得到纯度98％的氢氧化钙浆料；
(5)脱水处理，将步骤(5)中的氢氧化钙浆料，注入离心机中，离心机的角速度为120r/min，进行脱水处理，得到粉状氢氧化钙；
(6)成型，将步骤(6)中的粉状氢氧化钙经过高压压球机或圆盘成球机加工任意一种成10～40mm的球块状氢氧化钙；
(7)氢氧化钙焙烧，将步骤(7)中的球块状氢氧化钙在回转窑中经1140℃高温焙烧2.2小时，得到高纯净冶金石灰。
实施例3：
(1)石灰石的焙烧，将中的石灰石在回转窑中焙烧，煅烧温度为1080℃，得到活性氧化钙；
(2)活性氧化钙的消化，将步骤(2)中的活性氧化钙进行消化，得到消石灰(氢氧化钙)；活性氧化钙与水5:1的比例进行消化，得到氢氧化钙；在氢氧化钙中去除杂质；得到纯度为95％的氢氧化钙；
(3)制浆，将步骤(3)中的氢氧化钙经过降温、沉淀过程后，再加入到水中，其中消石灰与水的比例为10:1制成氢氧化钙浆料；
(4)压滤，将步骤(4)中的氢氧化钙浆料用机械压滤模式进行压滤，滤袋目数为100目；去除浆料中不溶于水的氧钙镁、二氧化硅杂质，得到纯度95％的氢氧化钙浆料；
(5)脱水处理，将步骤(5)中的氢氧化钙浆料，注入离心机中，离心机的角速度为120r/min，进行脱水处理，得到粉状氢氧化钙；
(6)成型，将步骤(6)中的粉状氢氧化钙经过高压压球机或圆盘成球机加工成10～40mm的球块状氢氧化钙；
(7)氢氧化钙焙烧，将步骤(7)中的球块状氢氧化钙在回转窑中经1160℃高温焙烧2.3小时，得到高纯净冶金石灰。
实施例5：
(1)石灰石的焙烧，将中的石灰石在回转窑中焙烧，煅烧温度为1100℃，得到活性氧化钙；
(2)活性氧化钙的消化，将步骤(2)中的活性氧化钙进行消化，得到消石灰(氢氧化钙)；
(3)制浆，将步骤(3)中的消石灰制成氢氧化钙浆料；
(4)压滤，将步骤(4)中的氢氧化钙浆料进行压滤，去除浆料中不溶于水的氧钙镁、二氧化硅等杂质，得到高纯净度的氢氧化钙浆料；
(5)脱水处理，将步骤(5)中的氢氧化钙浆料进行脱水处理，得到粉状氢氧化钙；
(6)成型，将步骤(6)中的粉状氢氧化钙经过高压压球机或圆盘成球机加工成10～40mm的球块状氢氧化钙；
(7)氢氧化钙焙烧，将步骤(7)中的球块状氢氧化钙在回转窑中经1180℃高温焙烧2.5小时，得到高纯净冶金石灰。
不同实施例中得到的最终的高纯净冶金石灰产品检测值如表1所示：
表1 不同工艺条件下得到产品的检测值
Figure GDA0002473532210000071
由以上实施例可知，采用本发明方法所制备的高纯冶金石灰，氧化钙含量明显高于国标特级要求，氧化镁、二氧化硅远远低于国标特级要球，同时石灰中碳、硫含量远低于国标以及对比文献中产品指标。该发明的出现，为我国高纯冶金石灰的制备提供了一种高效的方法，为我国超纯净钢以及特殊要求的钢种冶炼提供了基础。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种高纯冶金石灰的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)石灰石的开采与破碎，将石灰石开采后在破碎机里破碎，破碎后选取粒度为20～50mm的石灰石备用；
(2)石灰石的焙烧，将步骤(1)中的石灰石在回转窑中焙烧，煅烧温度为1050～1100℃，得到活性氧化钙；并进行去除杂质，细化成40mm以下的粒径；
(3)活性氧化钙的消化，将步骤(2)中的活性氧化钙与水4～6:1的比例进行消化，得到氢氧化钙；在氢氧化钙中去除杂质；得到纯度大于93％的氢氧化钙；
(4)制浆，将步骤(3)中的氢氧化钙经过降温、沉淀过程后，再加入到水中，其中消石灰与水的比例为8～10:1制成氢氧化钙浆料；
(5)压滤，将步骤(4)中的氢氧化钙浆料用机械压滤模式进行压滤，滤袋目数为100目；去除浆料中不溶于水的氧化 镁、二氧化硅杂质，得到纯度大于93％的氢氧化钙浆料；
(6)脱水处理，将步骤(5)中的氢氧化钙浆料，注入离心机中，离心机的角速度为100～120r/min，进行脱水处理，得到粉状氢氧化钙；
(7)成型，将步骤(6)中的粉状氢氧化钙经过高压压球机或圆盘成球机中的任意一种加工成10～40mm的球块状氢氧化钙；
(8)氢氧化钙焙烧，将步骤(7)中的球块状氢氧化钙在回转窑中经1100～1200℃高温焙烧2.0～2.5小时，得到高纯冶金石灰。
2.根据权利要求1所述的一种高纯冶金石灰的制备方法，其特征在于，所述石灰石中氧化钙重量百分比大于等于53％，硫的重量百分比小于等于0.02％。
3.根据权利要求1所述的一种高纯冶金石灰的制备方法，其特征在于，所述的氢氧化钙焙烧过程中所用的燃料为天然气和/或煤气。
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