耐火粘土及高铝矾土煅烧车间设计(design of fireclay and bauxite calcination plant)

将耐火粘土或高铝矾土煅烧成粘土熟料或高铝熟料的车间设计。

耐火粘土的主要矿物是高岭石，一般有硬质粘土和软质粘土两类。硬质粘土通常作为煅烧熟料用，软质粘土由于分散性强、可塑性高、结合性能好多用作结合剂。

高铝矾土主要指含水铝氧矿物，如水铝石(a—Al2O3•H2O)、波美石(γ—Al2O3•H2O)、三水铝石(Al2O3•3H2O)等。还有无水氧化铝原料，如工业氧化铝(γ一Al2O3)等。

这些原料经煅烧产生一系列物理化学反应形成瘠化料，作为制砖和生产不定形耐火材料的主要原料，从而改善硅酸铝制品的成分及其组织结构，保证制品的体积稳定性和外形尺寸的准确性，提高制品的性能。

煅烧车间宜设置在矿山。这是由于硬质粘土易风化，设在矿山可减少原料粉化和运输负荷；特别是高铝矾土原料，由于各行业对它的品级要求不同，矿山需统筹安排、合理综合利用。

设计内容主要包括产品与规模、工艺流程选择、设备选型、车间组成与布置。

产品与规模 品种有粘土熟料(Al2O3含量30％～50％)，高铝熟料(Al2O3含量50％～88％及以上)。还有用富集精矿或人工合成原料，采用烧结法或电熔法生产的合成莫来石(Al2O3含量65％～79％及以上)和刚玉料(Al2O3含量95％～99％及以上)。

车间规模根据用户要求和窑炉的生产能力确定。竖窑年生产能力一般为2～5万t，回转窑为4～20万t，生产合成莫来石和刚玉料其规模为数干吨至数万吨。

工艺流程选择 一般选用竖窑或回转窑煅烧工艺。对中小型矿山宜选用竖窑煅烧，规模较大且碎料量每年超过数万吨时，宜选用竖窑和回转窑相结合的煅烧工艺，也可单独选用回转窑煅烧。耐火粘土煅烧温度为1350～1400℃，而高铝矾土为1500～1700℃。由于各级高铝矾土的化学矿物组成及特性有一定差异，且矿物分布又不均匀，必须采取分级开采、分级贮运和分级煅烧的工艺流程。耐火粘土或高铝矾土煅烧工艺流程见图1。

对于混级料也可采取粉碎、混匀(必要时应设粉料空气搅拌库)、压球或成球和挤压成型工艺煅烧成熟料。

合成熟料(如烧结合成莫来石和烧结氧化铝)多采用工业氧化铝和铝矾土为原料，以半干法或湿法进行预处理(如半干法的压球或成球工艺，可塑法的挤泥成坯和湿法的磨碎、压滤、成坯工艺等预处理)。再经高温煅烧而成。煅烧温度取决于氧化铝的含量。合成莫来石煅烧温度为1600～1700℃，烧结氧化铝为1700～1800℃。湿法工艺可以使物料的混合更为均匀，但增加了脱水工序。半干法工艺简单、配料准确、生产效率高。烧结合成莫来石工艺流程见图2。

有关电熔莫来石和电熔刚玉的生产工艺，参见电熔耐火材料车间设计。

设备选型 常用煅烧设备有竖窑、回转窑、隧道窑和倒焰窑等。根据原料性质、品种、块度、生产规模和装备水平等综合因素进行选择。竖窑结构简单，设备重量轻，投资少，单位产品的燃料消耗低(粘土竖窑一般为60～80kg／t)，但竖窑对原料块度要求严格，并在煅烧过程中易结坨。为避免燃料灰分的污染，应优先选用外火箱式竖窑。高铝原料的煅烧宜以天然气或重油为燃料。回转窑的生产能力大，产品质量稳定，机械化程度高，对原料的适应性较强，能煅烧碎料和难烧结或易结坨的原料，可充分利用矿山资源。特别是适于煅烧合成产品，但回转窑基建费用高、设备重量大、单位产品燃料消耗高(粘土熟料为140～160kg／t，高铝熟料为200～280kg／t)。

车间组成与布置 一般由原料、燃料仓库和破碎、烧成、成品运出工段组成。对于成球或成坯法还应设磨碎、混合成型及干燥煅烧工段。辅助设施有除尘段、风机室、配电室及控制站等。必要时还设置压缩空气站。

车间布置应考虑原料和燃料供应、成品运出与窑炉的紧密衔接，以形成连续作业的生产线。回转窑的窑头要考虑布置控制室、燃烧系统和冷却机。窑尾要考虑布置供料、预热器及除尘系统。为减少废气管道的阻力，除尘系统要尽量邻近回转窑。竖窑布置在原料仓库附近，控制室设在提升机附近并采取隔音措施。风机室要有消声措施。