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碳酸锂回转窑烧结工艺及耐火材料配置
2023-04-26

碳酸锂回转窑烧结工艺及耐火材料配置

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碳酸锂,是一种无机化合物,化学式Li2CO3,分子量73.89,无色单斜系晶体,微溶于水、稀酸,不溶于乙醇、丙酮。热稳定性低于周期表中同族其元素的碳酸盐,空气中不潮解,可用硫酸锂或氧化锂溶液加入碳酸钠而得。其水溶液中通入二氧化碳可转化为酸式盐,煮沸发生水解。
碳酸锂可用于锂化合物及搪瓷、玻璃制造,是制取锂化合物和金属锂的原料,可作铝冶炼的电解浴添加剂。在玻璃、陶瓷、医药和食品等工业中应用广泛,亦可用于合成橡胶、染料、半导体、军事国防工业、电视机、原子能、医药、催化剂等方面。用于制取声学级单晶,光学级单晶。
电池级碳酸锂主要用于制备钴酸锂、锰酸锂、三元材料及磷酸铁锂等锂离子电池正极材料。 
高纯级碳酸锂主要应用于制备高端锂离子电池正极材料及电池级氟化锂的制备;在光电信息方面,高纯级碳酸锂用于制备钽酸锂和铌酸锂;同时高纯级碳酸锂还应用于光学特种玻璃、磁性材料行业及超级电容器、医药行业等。
一、碳酸锂的主要生产工艺设备
主要设备配置:酸化搅拌机、焙烧窑、单筒冷却机、酸化窑、酸化窑配套冷却窑、原料磨机、袋式收尘器、风机等
产能:1000-20000吨/年
回转窑直径:1.5-4.5m
焙烧温度:~1250℃
酸化温度:~350℃
热源:天燃气、高炉煤气、煤
 
以锂云母、锂辉石等原料进行锂矿焙烧、酸化生产。
技术参数:锂辉石为原料(不产其它)
产品 年产量(t/a 锂辉石(t/h 主机设备型号
转化工序 酸化工序 球磨机
碳酸锂LiCO3 5000 5-6 焙烧窑:φ2.8×50m;冷却机: φ2.6×40m 酸化窑:φ2.8×50m;冷却机: φ2.4×35m φ1.83×6.4m
碳酸锂LiCO3 10000 10-12 焙烧窑:φ3.5×60m;冷却机: φ2.4×40m 酸化窑:φ3.5×50m;冷却机: φ2.4×40m φ2.4×8m

国内标准1万吨碳酸锂生产线(伴生其他产品)配置清单

产品 年产量(t/a 锂辉石(t/h 主机设备型号
转化回转窑 酸化回转窑 球磨机
电池级碳酸锂LiCO3 10000 23-35 回转窑:φ4.2×90m;                      冷却机: φ2.8×45m     酸化窑:φ4.3×58m;         冷却机: φ2.8×45m φ3.2×13m
工业级碳酸锂LiCO3 11800
无水氢氧化锂Li(OH)(Li(OH)>=56.5%) 10000
无水硫酸钠(Li2O 0.1%) 48550
浸出渣残渣(Li2O 0.3%) 210000
技术参数:锂云母为原料
产品 年产量(t/a 混合料量(锂云母60%左右)(t/h 主机设备型号
      回转窑 冷却机 球磨机
碳酸锂LiCO3 2000 10-13 φ3..0×56m φ2.8×25m φ1.83×6.4m
碳酸锂LiCO3 3000 15-18 Φ3.5×60m  Φ2.5×23m φ1.83×6.4m
碳酸锂LiCO3 4000 20-23 φ4×65m φ3.2×28m φ1.83×6.4m
碳酸LiCO3 5000 25-30 φ4.2×72m  φ3×45m φ3.2×13m
二、碳酸锂生产工艺流程
 
碳酸锂生产工艺流程是将锂精矿进行转型焙烧、酸化焙烧、浸取、净化处理、浓缩处理、沉锂处理、清洗、干燥处理、粉碎、包装加工而成。具有产品质量稳定,生产工艺简单,充分利用资源,成本低等特点,适宜锂离子电池原材料的生产应用。
碳酸锂生产工艺流程的基本原理是在于硫酸与锂辉石在250~300℃下发生置换反应,生成硫酸锂。这一反应只能发生于结构较为疏松的锂辉石,先将选矿获得的锂辉石精矿,在回转窑中高温焙烧,冷却后与足量的硫酸混合,送入250℃酸化回转炉中进行硫酸焙烧。冷却后水浸,加石灰石控制PH值,得到含10%左右的粗锂液,用石灰调PH至11,加碳酸钠除钙、镁、铁、铝等杂质。清液蒸发称含20左右的硫酸锂净化液,加入碳酸钠沉淀成碳酸锂。离心脱水,得到碳酸锂产品,回收率在90%左右。
碳酸锂生产工艺流程生产碳酸锂收率较高,将锂辉石与硫酸盐混合烧结生产,在一定温度下混合烧结,经一系列物理、化学反应后,所配入的硫酸盐中的金属元素,将矿石中锂置换生成可溶性的硫酸盐,主要杂质则生成难溶于水的化合物,然后将烧结后的熟料浸出分离,锂离子进入溶液,经净化、浓缩、沉淀后得到碳酸锂产品。
碳酸锂生产工艺流程生产工业级碳酸锂的方法有两种:一是采用传统的锂矿石,如锂辉石、锂云母等生产,二是采用含锂卤水,如盐湖卤水、地下卤水等生产。产品中均含有一定量的水溶性杂质和水不溶性杂质,不能满足电池级微粉碳酸锂质量要求,需要精制处理。根据原料的性质及杂质的种类,可采用不同的精制方法除去杂质。
(一)碳酸锂生产工艺流程有如下几种:
1、碳酸锂生产工艺流程-硫酸法生产工艺流程先容:
硫酸法生产碳酸锂收率较高,并可处理Li2O3含量仅1.0~1.5%的矿石。但是相当数量的硫酸和纯碱变成了价值较低的Na2SO4,应尽可能降低硫酸的配量。此方法最大优点是浸取烧结所得的溶液中含有110~150g/ L硫酸锂,经过浸取即可得到比较纯净的溶液。硫酸法也可用来处理锂云母和磷铝石。
2、碳酸锂生产工艺流程--锂辉石与硫酸盐混合烧结法生产工艺流程先容:
将锂辉石精矿与K2SO4(或CaSO4或两者混合物),在一定温度下混合烧结,经一系列物理、化学反应后,所配人的硫酸盐中的金属元素将矿石中锂置换生成可溶性的硫酸盐,主要杂质则生成难溶于水的化合物,然后将烧结后的熟料浸出分离,锂离子进入溶液,经净化、浓缩、沉淀后得到碳酸锂产品。在处理锂辉石时,先使α-型转换成结构较疏松、易反应的β-型。这种相变实际上是结合在烧结过程中同时进行的。锂辉石与硫酸盐混合烧结法优点是:具有通用性,能分解所有的锂矿石。缺点是:生产过程中,若使用K2SO4作为硫酸盐,会消耗大量的钾盐,导致生产成本较高,产品也常被钾污染。
                                       锂辉石工艺流程图
  
锂云母工艺流程图
 
 
3、碳酸锂生产工艺流程--碳酸钠加压浸出法生产工艺流程先容:
碳酸钠加压浸出法工艺过程是:
(1)将锂辉石加工制得的β-锂辉石,粉碎研磨至平均粒度为0.074mm;
(2)按 Li2O量配比加入3.5~7倍碳酸钠混匀(Na2CO3+LiOH=Li2CO3+2NaOH),在反应器中于200℃加压浸出,并通入 CO2 气体,即生成可溶性 LiHCO3;
(3)过滤除去残渣(沸石),加热至95℃逐出CO2,经沉淀、过滤、滤饼烘干,制备出碳酸锂产品。
碳化法工艺制取碳酸锂优点是:生产工艺中中省掉了产品洗涤和析钠工序,简化了操作,节约了能耗。因此,采用碳化法工艺优于硫酸法。
4、碳酸锂生产工艺流程--氯化焙烧法生产工艺流程先容:
氯化焙烧法生产工艺流程主要是利用氯化剂使矿石中的锂及其它有价金属转化为氯化物进行提取的。氯化焙烧法生产工艺有两种:一种是中温氯化法。在低于碱金属氯化物沸点的温度下制得含氯化物的烧结块,经过溶出使之与杂质分离;另一种是高温氯化或氯化挥发焙烧。在高于其沸点的温度下进行焙烧,使氯化物成为气态挥发出来与杂质分离。这两种方法都可用来处理各种含锂矿石。氯化剂为钾、钠、铵和钙的氯化物。氯化焙烧法优点是:流程简单,不消耗贵重试剂。缺点是:LiCl的收集较难,炉气腐蚀性强。
5、碳酸锂生产工艺流程--石灰石焙烧法生产工艺流程先容
石灰石焙烧法生产工艺流程的主要优点是实用性很普遍,因为它适用于分解几乎所有的锂矿物。反应过程不需要稀缺的试剂(分解时使用天然产物——石灰石);可以利用媒、石油或煤气作燃料。缺点是浸出液中锂含量低,蒸发能耗大,锂的回收率较低,并且浸取以后得到的矿泥有凝聚性,给设备的维护带来了困难。
碳酸锂生产工艺流程以锂辉石为原料生产碳酸锂,工业上比较成熟的工艺是硫酸法生产工艺。此工艺的基本原理是在于硫酸与锂辉石在250~300℃下发生置换反应,生成硫酸锂。这一反应只能发生于结构较为疏松的锂辉石,先将选矿获得的锂辉石精矿,在回转窑中高温焙烧,冷却后与足量的硫酸混合,送入250℃酸化回转炉中进行硫酸焙烧。冷却后水浸,加石灰石控制PH值,得到含10%左右的粗锂液,用石灰调PH至11,加碳酸钠除钙、镁、铁、铝等杂质。清液蒸发称含20左右的硫酸锂净化液,加入碳酸钠沉淀成碳酸锂。离心脱水,得到碳酸锂产品,回收率在90%左右。硫酸法生产碳酸锂收率较高,将锂辉石与硫酸盐混合烧结生产,在一定温度下混合烧结,经一系列物理、化学反应后,所配入的硫酸盐中的金属元素,将矿石中锂置换生成可溶性的硫酸盐,主要杂质则生成难溶于水的化合物,然后将烧结后的熟料浸出分离,锂离子进入溶液,经净化、浓缩、沉淀后得到碳酸锂产品。
碳酸锂生产工艺流程工作原理:将含Li2O 6%锂辉石精矿在1100~1250℃温度下加热,由α型(单晶体)转变为β型(松散4面晶体)。p锂辉石与按理论计算过量40%的硫酸混合,并在250~300℃温度下焙烧。焙烧料用水浸出,液固比为1.5~2,温度为80℃,净浸时间30min,物料细度0.074mm(+200目)占10%~15%。浸出料浆进行过滤,滤渣经4~5次反向洗涤后送渣场。浸出液加纯碱在常温下除去钙、镁、硅、铁等杂质后,由含Li2O 50~60g/l。浓缩至180~200g/L。浓缩液加入按理论计算过量系数为1.05的纯碱,在95℃温度下搅拌沉淀碳酸锂。粗碳酸锂用95℃纯水洗涤后,于350℃下干燥。沉锂母液回收硫酸钠后再返回蒸发过程进一步回收锂。
回转窑分别用于锂辉石精矿转型焙烧及硫酸化焙烧,用重油或燃气直接加热。用于转型焙烧的回转窑计算,可按熟料单位实际产能为20~30kg/(m2.h)估计,亦可用下列经验公式计算:G=1.675D 2.29式中G为窑产能,t/h;D为窑内径,m。用于硫酸化焙烧的回转窑计算可按酸化料单位实际产能为82~95kg/(m2 .h)估计,亦可用下列公式计算:G=3.015D 2.762式中G为窑产能,t/h;D为窑内径,m。
浸出料浆的过滤,生产中均采用外滤式转鼓真空过滤机,常用规格按过滤面积计为20~100m2 ,其生产产能按滤渣(干基)计为200~220kg/(m2 .h)。
蒸发器用于浓缩沉锂用的净化液,生产中采用的是自然循环外加热式。三效真空蒸发,按生产经验数据蒸发强度为15~20kg/(m2 .h),蒸发每公斤水的蒸汽耗量为0.4~0.45kg。
红外干燥机,其型式为国产LH - 1、LH - 3型,实际生产能力为300kg/h,亦有的采用涡轮式干燥机,其生产能力为2~3t/h。
碳酸锂生产工艺流程车间配置 :按生产特点,分火法(转型焙烧及硫酸化焙烧)和湿法(浸出过滤、净化、蒸发、沉锂、产品干燥、包装和母液回收)分区布置。湿法部分为从母液中回收硫酸钠,其产量比主产品约多一倍,溶液腐蚀性强,宜与产品生产工序分开布置。回转窑尾气及净化、沉锂、硫酸钠回收等工序均宜配置于高层。转型焙烧要排出含尘烟气、硫酸化焙烧的烟气中含有二氧化硫,配置时要考虑风向对湿法部分和周围环境的影响。
碳酸锂生产工艺流程技术特点:转型焙烧产生的烟气经净化处理其含尘量达到150mg/m3 以下后排放;硫酸化焙烧产生的烟气含有二氧化硫尾气须经净化后达到250mg/m3 以下方能放空;烟气洗水须净化处理后排放;为了保证生产环境质量、回转窑不变形和较好的转化率及浸出率,火法部分不能停电及停水;沉锂母液及含硫酸钠溶液对一般厂房的混凝土结构有较大的腐蚀性,需采取防腐措施。
碳酸锂生产工艺流程以工业级碳酸锂为原料生产高纯碳酸锂,有苛化法、电解法、氢化分解法等。苛化法是将工业碳酸锂用石灰苛化,经除杂处理后转化成氢氧化锂,再用二氧化碳碳化制取高纯碳酸锂;电解法是用盐酸处理工业碳酸锂,除去酸不溶物和钙镁等杂质后,通过电解制得高纯氢氧化锂溶液,之后,利用二氧化碳碳化法制取高纯碳酸锂;氢化分解法是将碳酸锂转化成溶解度较大的碳酸氢锂,而大部分杂质(如Ca2+、Mg2+等)不被氢化,以不溶性碳酸盐的形式通过过滤除去,然后加热碳酸氢锂溶液制得高纯碳酸锂。
(二)碳酸锂生产工艺流程特点分析:
1、第一代碳酸锂生产工艺流程特点:石灰石焙烧法具有工艺操作简单、原料价格相对较低等几方面优势,由于受到诸多因素的影响,存在着蒸发环节能源消耗高、锂资源回收率相对较低、浸出液锂含量低以及石灰石配比相对较高等缺点。硫酸法提锂具有能源消耗相对较低、物料流通量小以及生产效率高等一系列应用优势,尤其是在操作过程中,液固相易混合较为均匀,使得提锂工艺中浸出液内锂含量高,锂的回收率也较高。但在该工艺中硫酸、碳酸钠等辅助材料消耗量较大,能耗较高,工作环境较差等不足。
2、第二代碳酸锂生产工艺流程特点:冷冻析出十水硫酸钠的工艺可用于氢氧化锂生产,也可应用于碳酸锂沉锂母液的处理,即为“冷析”工艺,不再热析处理沉锂母液。由于沉锂母液中含有饱和碳酸锂和过量的纯碱,经冷析后的母液(析钠母液)利用碳酸锂的反溶解度(溶解度随温度升高而降低)特点,升温析出碳酸锂,析出碳酸锂后的母液(热析母液)主要成分为碳酸钠,可循环使用,节省了传统工艺中碳酸钠的消耗及因中和碳酸根消耗的硫酸。此外由于冷析时硫酸钠带走了十个结晶水使母液得到了浓缩并由硫酸钠带走了部分杂质,使热析的碳酸锂品质能够与初级沉锂的碳酸锂品质一致,提高了一次性沉锂收率。二代技术相较于一代技术有了很大的进步,突出表现在过程简化、成本降低、锂收率提高、酸碱等消耗减少。
3、第三代碳酸锂生产工艺流程特点:生产工艺可实现全流程自动化控制,化学计量更加精确,硫酸、碳酸钠或氢氧化钠等辅材消耗量小,产品质量稳定,能满足下游客户需求;生产过程中能耗减少,环境友好,生产工厂中可实现绿色生产。规模效益明显。
目前国内大多数利用锂辉石生产锂盐的企业采用的碳酸锂生产工艺流程多是硫酸法处理锂辉石精矿,硫酸锂溶液净化除杂后,加入碳酸钠生产碳酸锂产品,或用冷冻法生产氢氧化锂,即一代技术与二代技术的结合。对于母液的处理部分企业仍然沿用一代技术,部分使用二代或一代二代的结合。行业主流企业如天齐锂业、赣锋锂业、江苏容汇锂业等均以二代技术为主。
(三)碳酸锂生产工艺过程
  1、原材料的精选
 
含锂的原矿石一般有锂辉石、锂云母、锂长石,锰,镍,钴 (稀缺资源)等。要加工碳酸锂,首先需要对锂矿石进行破碎、磨粉、选矿等工序。在这个加工的过程中使用到的设备主要包括振动给料机、鄂式破碎机、圆锥破碎机、振动筛等。
  2、焙浸工段
   转化焙烧:锂辉石精矿从精矿库人工送至斗式提升机提升至精矿仓,再经圆盘给料机和螺旋给料机加入碳酸锂回转窑窑尾,利用窑尾预热段高温气体干燥精矿,精矿在煅烧段约1200℃左右的温度下进行晶型转化焙烧,由α型(单斜晶系,密度3150kg/m3)转化为β型锂辉石(四方晶系,密度2400kg/m3,即焙料),转化率约98%。
   酸化焙烧:焙料经冷却段降温后由窑头出料,再经自然冷却和球磨机研磨细到0.074mm粒级在90%以上后,输送到酸化焙烧窑尾矿仓,再经给料机和螺旋输送机加入混酸机中与浓硫酸(93%以上)按一定比例(浓硫酸按焙料中锂当量过剩35%计,每吨焙料需浓硫酸约0.21t)混合均匀后,加入酸化焙烧室中,在250~300℃左右的温度下进行密闭酸化焙烧30~60min,焙料中β型锂辉石同硫酸反应,酸中氢离子置换β型锂辉石中的锂离子,使其中的Li2O与SO42-结合为可溶于水的Li2SO4,得到酸化熟料。
   调浆浸出和洗涤:熟料经冷却浆化,使熟料中可溶性硫酸锂溶入液相,为减轻溶液对浸出设备的腐蚀,用石灰石粉浆中和熟料中的残酸,将pH值调至6.5~7.0,并同时除去大部分铁、铝等杂质,浸出液固比约2.5,浸出时间约0.5h。浸出料浆经过滤分离得到浸出液,约含Li2SO4100g/L(Li2O27g/L),滤饼即为浸出渣,含水率约35%。浸出渣附着液中含硫酸锂,为减少锂损失,浸出渣经逆向搅拌洗涤,洗液再返回调浆浸出。
   浸出液净化:焙料在酸化焙烧时,除碱金属能和硫酸起反应生产可溶性的相应硫酸盐外,其他的铁、铝、钙、镁等也与硫酸反应生产相应的硫酸盐。在浸出过程中虽能除去熟料中的部分杂质,但其余杂质仍留在浸出液中,需继续净化除去,才能保证产品质量。浸出液净化采用碱化除钙法,用碱化剂石灰乳(含CaO100~150g/L)碱化浸出液,将pH值提高至11~12,使镁、铁水解成氢氧化物沉淀。再用碳酸钠溶液(含Na2CO3300g/L)与硫酸钙反应生产碳酸钙沉淀,从而除去浸出液中的钙和碱化剂石灰乳带入的钙。碱化除钙料浆经液固分离,所得溶液即为净化液,钙锂比小于9.6×10-4,滤饼即为钙渣,返回调浆浸出。
   净化液蒸发浓缩:净化液因硫酸锂浓度低,锂沉淀率低,不能直接用于锂沉淀或制氯化锂,需先用硫酸将净化液调至pH6~6.5,经三效蒸发器蒸发浓缩,使浓缩液中硫酸锂浓度达200g/L(含Li2O60g/L)。浓缩液经压滤分离,滤液即完成液供下工序使用,滤饼即完渣返回调浆浸出。
 3、碳酸锂生产工段
 完成液与纯碱液(含Na2CO3300g/L)加入蒸发沉锂槽中,进行蒸发沉锂(沸腾后恒温2h),因碳酸锂溶解度小而沉淀下来,锂沉淀率约85%。锂沉淀后用离心机趁热分离出一次粗碳酸锂(含滤液小于10%)和一次沉锂母液。
 一次沉锂母液中含大量硫酸钠和较高硫酸锂(约占总量的15%),加入纯碱液(含Na2CO3300g/L)进行二次沉锂,得二次粗品和二次母液,母液经酸中和,氢氧化钠调pH后,经蒸发结晶、离心分离出副产品无水硫酸钠和析钠母液,无水硫酸钠经气流干燥、包装得副产品元明粉。析钠母液返回调配一次母液。
 一次粗碳酸锂和二次粗品附着液含Na2SO4等杂质,再用净水于90℃左右进行搅洗,洗液送去配碱,洗涤后用离心机趁热分离出湿的精碳酸锂,再经远红外线干燥机烘干,磁选除去干燥机脱落的铁丝屑等杂物,后经气流粉碎、包装入库。
 本项目主要新增电池级碳酸锂生产能力。从整体生产工艺看,电池级碳酸锂和工业级碳酸锂基本一致,区别在于蒸发和沉锂两个工段工艺控制条件不同,即净化液蒸发浓缩时通过比重计测定终点完成液的比重和通过火焰光度计测定完成液中Li2O浓度以保证完成液终点浓度在工艺要求范围内;沉锂时通过电磁流量计显示调节阀门的不同开度控制加料速度,通过变频器调节电机转速控制搅拌器的搅拌速度。上述工艺控制条件均属企业关键技术。
 4、无水氯化锂工段
 焙浸工段得到的完成液与氯化钙溶液进行复分解反应,反应结束后分离得到CaSO4·2H2O送去加工制得CaSO4产品。分离后得到LiCl稀溶液,依次加入β型-活性Al2O3、Na2CO3和NaOH溶液,去除LiCl稀溶液中的SO42-、Ca2+、Mg2+等杂质,再经蒸发浓缩将LiCl浓度提高到400~500g/L后,进行冷却过滤,分离出固体NaCl,得到LiCl浓溶液。LiCl浓溶液输送到精制釜中,并加入企业自产的精制剂(害重金属)与Na+进行置换反应,控制反应终点溶液中Na+/LiCl比值小于30ppm,经过分离后得到LiCl完成液,将完成液进行喷雾干燥后得到颗粒均匀的无水氯化锂产品。
 5、产品的烘干干燥
纯化后的碳酸锂需要进行干燥处理,以去除水分。干燥方法通常有真空干燥和烘干箱干燥两种。真空干燥将碳酸锂放入真空干燥器中,通过减压和加热的方式使其水分蒸发。烘干箱干燥却是将碳酸锂放入烘干箱中,以适当的温度和时间进行干燥,两种方法均需控制干燥时间和温度,以确保产品质量。
三、碳酸锂煅烧回转窑耐火材料配置
     以4.2×70米碳酸锂回转窑耐火材料配置(198×250×122/107.5)为例
序号 部位 材料名称 数量 密度 单重 重量 备注
1 前后窑口L=1.6米 刚玉碳化硅浇注料 8.1m³ 2.9   23.5  
2 高温带L=20米(108) 复合改性磷酸盐砖 11000块 2.9 16.5 181.5  
3 过渡带L=20米 复合抗剥落高铝砖 11000块 2.5 14.2 156.2  
4 预热带L=28.4米 复合低气孔耐磨砖 15650块 2.3 13 203.45 19气孔
5 窑头罩(6×2米) 高铝低水泥浇注料 4m³ 2.4   9.6  
钢纤维浇注料 4m³ 2.6   10.4  
二级高铝砖 10m³ 2.4   24  
高温硅酸钙板 4m³ 220   0.88  
6 单筒冷却器(4×20) 二级高铝砖 29m³ 2.3   67  
7 磷酸盐泥浆         12  
  合计         688.97  
注:本设计采用耐火砖复合层保温材料,以此降低转窑外壳温度,达到节能降耗的目的。
四、碳酸锂回转窑耐火材料的施工方案
1、工程特点
窑体总长72m,窑壳内径4.5m,砌筑后内径4.0m,窑尾段长度28.4m为复合低气孔耐磨砖段,中部长度20.0m为复合抗剥落高铝砖段,窑头长度20.0m为复合改性磷酸盐砖。设计日产量为40吨/天。
回转窑设置了挡砖圈。由于回转窑窑体本身有3.5%的斜度,所以耐火砖有向低端滑动的趋势,设置挡砖圈后可以消除砖的轴向滑动。起到固定耐火砖的作用,而且加挡砖圈后可以增强窑体刚度,减小窑体弯曲与变形。挡砖圈分别设置在距窑头端面的1、11、28、40 m处,厚度为50 mm。
2、回转窑各部位耐火材料施工技术方法
2.1 窑头、窑头罩、冷却器耐火浇注料施工
这几个单项工程有一个共同点,那就是全部靠炉皮的耐热砼墙结构。即先在铁皮上焊锚固钉粘硅酸钙绝热板,然后支模打料。这就决定了施工顺序必须是先下后上,支好的墙模用内架作支撑,支一步架,浇注一步架。施工顺序如下:
下部砼浇注→砌砖→预热器顶部挂砖→上部砼浇注。
锚固件和硅酸钙绝热板的安装方法:浇注前要先焊接锚固件和铺设硅酸钙绝热板。锚固件按照内衬≥200mm用230mm×230mm的方阵进行焊接,内衬<200mm用150mm×150mm的方阵进行焊接。锚固件点阵边缘与结构件之间的最小距离为130 mm,最大距离为350mm。锚固件点阵边缘与预留孔 (如电偶孔)边缘的最小距离为75mm,最大为200mm。锚固件焊接完,要在表面涂一层沥青(目的是留出膨胀缝防止锚固件膨胀对浇注料的影响),将硅酸钙绝热板铺设好,施工前在硅酸钙绝热板表面刷红丹漆进行防水处理。
窑头、窑头罩、冷却器使用了大量的浇注料,因此浇注时需要使用木质模板。模板在现场进行加工,要求尺寸合适并具有一定强度,模板接缝处应对齐封严,以防止衬里出现梯状和漏浆;模板表面要光滑,为防止粘模,模板安装前应将其表面涂刷适量的隔离剂。
浇注料应采用强力搅拌机进行搅拌,严禁不同牌号的浇注料混合使用,搅拌时先进行不加水干搅,时间控制在5min以上,干搅均匀后再加水,施工所用的水为饮用水,加水后搅拌时间不得低于5 min,应搅拌均匀,不得有干料夹带和结团现象。搅拌好的料在30 min内用完,凝结后的料不能再加水搅拌使用。
模板内一次装料高度不得超过400 mm,料加入模板后摊平,使用振动棒振动。要保证快插、慢拨,振动棒要插入到下层,表面及四角都要振动。振动直至表面泛浆、排气很少、料面不沉降为止。振动棒拨出时要轻轻缓慢拉出,以防留下孔洞和漏振。当浇注料具有脱模强度后才可脱模,脱模时不能对模板和墙体进行强力敲击,以免使墙体内部留下裂纹,从而影响浇注料的使用寿命。
2.2回转窑窑体施工
窑体砌筑前必须严格按规程检查,合格后方可施工。规程标准为:窑体焊接合格、辅助传动运转有效、完全清除窑壳内壁的灰尘及渣屑、对窑体内衬砖按照厚度逐块检查,分类堆放待用,厚度级差按照5mm区分;凡经加工后制品尺寸小于原整砖尺寸2/3的砖不得砌入窑内。
窑体砌筑根据耐材结构形式及耐材运输条件,计划施工顺序如下:从窑头向窑尾砌筑,镁铝尖晶石-高铝砖-预制块焊接-粘土砖-窑两头浇注料。窑体砌筑前必须试车完毕,运转正常并有制动装置,以防窑体因耐火材料的偏重而发生回转;砌筑需转窑时以最慢的速度运转,砌筑完毕后窑体不准随意转动。
砌筑内衬的纵向基准线,可用垂吊、激光经纬仪放线,纵向控制线应平行于基准线且等分窑体,设置4条纵向控制线,用白铅油标记于窑体内侧。砌筑内衬的环向基准线用垂吊转动法划出,并应按湿砌2米一段,干砌2米一段放控制线,划在窑体上。
复合改性磷酸盐砖内衬采用干砌,环砌法(或者湿砌筑法),砖与砖之间的放射缝中夹入薄钢板δ=1mm,每2环加1mm厚纸板膨胀缝,砖环应相互平行并同轴向中心线垂直,由于镁铝尖晶石砖怕水,故加工镁铝尖晶石砖时采用特殊锯片进行干切;靠窑体砌高铝砖时,高铝砖下部凹槽处放置硅酸铝纤维毡,起到降低窑温的作用,高铝砖采用湿砌环砌法,砌筑时砖应紧靠窑体,其间缝隙不应大于1mm 。
每4m为一段,每段砌体转窑分三次进行。砌筑时,应从窑体的下弧开始沿圆周方向,同时均衡地向两边进行,砌过半周1-2层砖后,即开始支撑加固。沿内衬的最后几列设置方木,方木应压住最外列砖砖厚的3/4,在方木之间沿长度方向每隔1-1.2M用顶撑支撑,全部支撑完毕后,要反复检查支撑是否牢固,并在方木和砖之间的缝隙内用木楔楔紧。
第一次转窑,将窑体旋转至圆周的四分之一。随即检查砌体是否因转窑而产生松动、裂纹和与窑体脱离的情况,发现问题应予补救和纠正。然后开始从窑体下半部沿圆周方向,继续将内衬砌至窑的水平直径以上1-2 层砖,再次支撑加固和第二次转窑,最后砌筑剩余的1/4周窑衬。
当窑衬砌至最后剩4-5列砖时,进行锁口砖砌筑前,要通过干摆砖的方法,检查锁口尺寸是否合适,并用短木将锁口处两侧砌体撑牢,然后进行第三次转窑,将锁口砖处转至窑下方,依次取下木方随即砌筑锁口砖,锁口用钢板锁片可采用2-2.5mm钢板,锁口缝中不得超过一块钢板锁片,每环锁口区不应超过6块锁片,并应均匀地分布在锁口区内。锁砖均应从侧面打入拱内,如果现有砖型不能正好锁紧,那么有必要对最后1-2块砖进行加工,锁砖应具有正确的楔形和平整的表面,当需要加工时,加工后砖的厚度不得小于整砖厚度的2/3。当锁砖因为挡砖圈或砌到最后一块不能从侧面打入时,可将锁口两侧砖加工成锁口上下尺寸相等,然后将与锁口尺寸相适应的锁砖从上面打入,并将其两侧用铁板塞紧。
窑体中部高铝砖段采用湿砌环砌法,砖与砖和环与环之间均打灰(高铝火泥)砌筑,砖环应相互平行并同轴向中心线垂直,其砌筑方式和镁砖段基本相同。窑尾粘土砖段砌筑同样采用湿砌环砌法,砌筑粘土砖时,砖与砖和环与环之间均打灰(粘土火泥)砌筑,与衬砌的轻质高铝砖之间不打灰。全部窑体砌筑完成、检查、紧固后,不宜再进行转窑。并应及时点火烘窑,点火前应用带楔形的钢板,对干砌的砌体进行最后的紧固,使砖环与窑体严密贴合。
3、回转窑施工质量保证措施。
3.1窑体安装完毕,必须经过检查和空运转合格后,才能进行内衬工程的施工。窑体内壁要仔细地除去灰尘和渣屑,砖应紧靠窑体,如有间隙必须在3mm之内,并用粘土泥浆填实。
3.2砌筑内衬时使用的纵向基准线和环向基准线,可根据窑轴线测出,并分别划在窑体上,环向基准线每2m划一道,纵向基准线划六道。每圈砖都应与窑轴垂直,窑衬砌体与窑体力求同心,每块砖要尽可能精确地砌在应砌的准确位置上。
3.3窑内衬砌完后至点火前,不得快速转窑,每间隔2天对窑体进行1/4圈转动,防止单一方向由于重力作用而窑体变形。
五、碳酸锂回转窑烘炉方案及烘炉曲线
 
1、烘炉准备
1)检查耐火材料的砌筑和浇注是否符合规范要求;2)准备烘炉所用材料,如燃料、工具、水、压缩空气等;3)整套系统的其他准备工作,例如:消防系统、电气系统、环境条件等。
2、烘炉曲线
回转窑砌体的主要材料是高铝砖、莫来石砖、高铝浇注料等。根据回转窑砌体的特点,典型的烘炉曲线如图5所示。由图可知,烘炉升温过程主要包括3个关键温度点:
第一个温度点是150℃。此温度点主要是完成砌体中游离水的蒸发。因为水在100℃时变为水蒸气,但蒸发不快,故必须大于100℃时才能有效干燥。根据经验选150℃为宜,此阶段脱水量不大,不能太快。如果水分排出太快,内部残存水分扩散速度赶不上表面蒸发速度,内部水会受热变成蒸汽产生膨胀致使泥浆收缩发生龟裂,降低粘接强度,削弱砌体强度,浇注料更是如此。因此,由常温至150℃的过程中,升温不能太快,控制在10℃·h-1为宜,当达到150℃时,还必须保温一段时间,保证砌体充分干燥。
第二个温度点是300℃。在此温度点,主要是消除砌体中水分蒸发引起的膨胀及热应力。考虑到高铝砖的线膨胀系数较大,由150~300℃的过程中,升温也不宜太快。高铝砖一般按30~50℃·h-1升温,可使耐火砖的膨胀均匀而且稳定。
第三个温度点是600℃。此温度点主要是完成砌体中结晶水的蒸发。烘炉过程中,炉内在此温度点持续至少48 h,以使砌体中尽可能多的结晶水析出,使砌体彻底干燥。
在降温初期,应避免大量冷空气进入炉膛,导致降温速度过快,影响砌体的强度。当炉内温度降低到150℃以下时,可让砌体自然冷却,烘炉完成。
3、烘炉后的检查
烘炉后的检查主要为耐火材料砌体的检查。观察耐火材料烘干情况,检查耐火砖的砖缝,如果出现松动,可用锁缝钢板紧固;检查耐火材料是否出现裂缝,如果出现裂缝大于3 mm,应用耐火浇注料填缝。

 
 
 



 
 
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