非金属矿高温反应炉成套技术研究.ppt
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1、非金属矿高温反应炉非金属矿高温反应炉成套技术研究成套技术研究汇报提纲汇报提纲课题的必要性及意义课题的必要性及意义课题的必要性及意义课题的必要性及意义12课题的目标、研究内容及技术路线课题的目标、研究内容及技术路线课题的目标、研究内容及技术路线课题的目标、研究内容及技术路线3课题的技术关键及创新点课题的技术关键及创新点课题的技术关键及创新点课题的技术关键及创新点4课题的预期经济效益及社会效益课题的预期经济效益及社会效益课题的预期经济效益及社会效益课题的预期经济效益及社会效益5课题现有的基础与条件课题现有的基础与条件课题现有的基础与条件课题现有的基础与条件6课题的组织与实施课题的组织与实施课题的组
2、织与实施课题的组织与实施7课题计划实施年限与经费概算课题计划实施年限与经费概算课题计划实施年限与经费概算课题计划实施年限与经费概算一、课题的必要性与意义一、课题的必要性与意义 中中低低品品位位铝铝硅硅镁镁系系非非金金属属矿矿物物是是我我国国重重要要的的非非金金属属矿矿资资源源,但但国国内内对对其其加加工工仍仍呈呈粗粗放放经经营营、小小而而散散的的状状态态,严严重重制制约约了了我我国国非非金金属属矿矿产产业的发展。破解行业集约度低和粗放利用互为制约的困局已迫在眉睫。业的发展。破解行业集约度低和粗放利用互为制约的困局已迫在眉睫。利用天然石英、中低品位耐火矾土以及其他含硅铝镁系利用天然石英、中低品位
3、耐火矾土以及其他含硅铝镁系矿物矿物/尾矿尾矿/固体废弃物固体废弃物等量大价廉的非金属矿物和工业固体废弃物为原料等量大价廉的非金属矿物和工业固体废弃物为原料通过碳通过碳热还原热还原/碳热还原氮化等技术转型高性能碳氮化物复合耐火材料碳热还原氮化等技术转型高性能碳氮化物复合耐火材料不仅大不仅大幅度降低了高性能碳氮化物的生产制造成本,而且有效地提高了硅铝幅度降低了高性能碳氮化物的生产制造成本,而且有效地提高了硅铝镁系非金属矿物和固体废弃物的产品附加值。上述原料转型高性能碳镁系非金属矿物和固体废弃物的产品附加值。上述原料转型高性能碳氮化物一般需要在高温气氛反应炉内实现,但是氮化物一般需要在高温气氛反应炉
4、内实现,但是目前国内能够实现非目前国内能够实现非金属矿转型碳氮化物的高温反应炉仍是空白金属矿转型碳氮化物的高温反应炉仍是空白,因此,阻碍和制约我国,因此,阻碍和制约我国耐火矿物资源转型碳氮化物高性能化利用迅速发展的耐火矿物资源转型碳氮化物高性能化利用迅速发展的根本问题在于如根本问题在于如何实现工业化的非金属矿转型碳氮化物高温反应炉成套技术何实现工业化的非金属矿转型碳氮化物高温反应炉成套技术。上述问题已经严重阻碍和制约了耐火非金属矿物资源转上述问题已经严重阻碍和制约了耐火非金属矿物资源转型碳氮化物高性能化利用的迅速发展。型碳氮化物高性能化利用的迅速发展。国外先进发达国家国外先进发达国家在在非金属
5、矿物资源高效转型制备技术开发的同时,对非金属矿非金属矿物资源高效转型制备技术开发的同时,对非金属矿物转型高性能碳氮化物高温反应炉成套技术等进行了深入研物转型高性能碳氮化物高温反应炉成套技术等进行了深入研究,已经建立了系列技术体系并实现工业化,推动了该领域究,已经建立了系列技术体系并实现工业化,推动了该领域的迅速发展。的迅速发展。英国的摩根、美国安迈、法国拉法基、美国维英国的摩根、美国安迈、法国拉法基、美国维苏威、日本黑琦和品川、奥地利的奥美、挪威的埃肯苏威、日本黑琦和品川、奥地利的奥美、挪威的埃肯等十多等十多家国际著名耐火材料研究和生产公司家国际著名耐火材料研究和生产公司都拥有自主知识产权的都
6、拥有自主知识产权的非金属矿转型碳氮化物高温反应炉的成套技术非金属矿转型碳氮化物高温反应炉的成套技术,并且都,并且都在中在中国设立了分公司,建设了生产加工与研发基地国设立了分公司,建设了生产加工与研发基地,这,这对我国耐对我国耐火非金属矿物资源的保护和自主高效开发利用十分不利火非金属矿物资源的保护和自主高效开发利用十分不利。一、课题的必要性与意义一、课题的必要性与意义一、课题的必要性与意义一、课题的必要性与意义一、课题的必要性与意义一、课题的必要性与意义 目目前前,国国内内关关于于非非金金属属矿矿物物资资源源通通过过碳碳热热还还原原/碳碳热热还还原原氮氮化化/反反应应氮氮化化转转型型高高性性能能
7、碳碳氮氮化化物物的的研研究究和和应应用用主主要要集集中中于于实实验验室室研研究究或或低低温温(不不超超过过1200C)的的工工业业应应用用阶阶段段。此此外外,国国内内高高温温工工业业所所采采用用的的窑窑炉炉大大都都是是在在开开放放的的空空气气气气氛氛条条件件下下使使用用,很很难难满足氮气气氛或惰性气氛条件下的非金属矿转型利用。满足氮气气氛或惰性气氛条件下的非金属矿转型利用。我国能够实我国能够实现非金属矿转型碳氮化物的大型高温反应炉仍是空白。现非金属矿转型碳氮化物的大型高温反应炉仍是空白。因因此此,我我国国应应加加快快研研究究和和开开发发拥拥有有自自主主知知识识产产权权的的非非金金属属矿矿转转型
8、型高高性性能能碳碳氮氮化化物物高高温温反反应应炉炉成成套套技技术术。一一旦旦研研究究获获得得上上述述高高温温反反应应炉炉成成套套技技术术,就就可可以以获获得得含含有有SiC、Si3N4、Sialon、TiN(C)和和MgAlON等等多多元元体体系系转转型型耐耐火火原原料料,也也就就可可以以实实现现碳碳氮氮化化物物耐耐火火材材料料后后续续工工艺艺的的免免烧烧成成技技术术开开发发与与应应用用,对对我我国国实实施施“节节能能减减排排”和和“低碳经济低碳经济”具有重大意义。具有重大意义。二、课题的目标、研究内容及技术路线二、课题的目标、研究内容及技术路线(一)课题目标(一)课题目标(1)获获得得中中低
9、低品品位位含含硅硅铝铝镁镁系系矿矿物物/尾尾矿矿/固固废废物物等等量量大大价价廉廉的的 含含硅硅铝铝镁镁矿矿物物和和工工业业固固废废碳碳热热还还原原氮氮化化方方法法制制备备含含有有 Si3N4、SiC、Sialon、MgAlON和和TiN(C)等等非非金金属属矿矿转转型型 碳氮化物的新工艺技术碳氮化物的新工艺技术;(2)掌掌握握新新型型“管管式式高高温温反反应应器器”和和“箱箱式式高高温温反反应应器器”非非金金属属 矿矿转转型型碳碳氮氮化化物物高高温温反反应应炉炉装装置置的的成成套套工工艺艺技技术术和和非非金金 属属矿矿转转型型碳碳氮氮化化物物的的规规模模工工业业化化系系统统技技术术集集成成优
10、优化化协协 调调;实实现现非非金金属属矿矿高高质质量量低低制制造造成成本本节节能能降降耗耗减减排排地地转转型型 为适用于耐高温矿物材料的高性能碳氮化物;为适用于耐高温矿物材料的高性能碳氮化物;二、课题的目标、研究内容及技术路线二、课题的目标、研究内容及技术路线(3)获得获得在非密闭式窑炉内在非密闭式窑炉内14001700C的高温下完成的高温下完成中低品中低品 位位耐耐火火矿矿物物资资源源和和固固体体废废弃弃物物碳碳热热还还原原氮氮化化实实验验的的优优化化 工艺条件工艺条件;揭示;揭示CaO、TiO2、Fe2O3等杂质碳热还原氮化等杂质碳热还原氮化 条条件件下下转转变变为为Ca-Sialon、T
11、iN(C)、FexSiy、Fe-Sialon的的 规规律律;获获得得Na2O和和K2O被被还还原原为为Na蒸蒸气气和和K蒸蒸气气随随炉炉气气 排出达到排出达到减少减少K和和Na含量含量的工艺条件;的工艺条件;(4)完完善善“管管式式高高温温反反应应器器”和和“箱箱式式高高温温反反应应器器”装装置置,研研制制 获得非金属矿转型碳氮化物高温反应炉获得非金属矿转型碳氮化物高温反应炉,建立生产示范。,建立生产示范。二、课题的目标、研究内容及技术路线二、课题的目标、研究内容及技术路线(二)研究内容(二)研究内容(1)研研究究基基于于中中低低品品位位含含硅硅铝铝镁镁系系矿矿物物/尾尾矿矿/固固废废物物等等
12、含含硅硅铝铝镁镁 矿矿物物和和工工业业固固废废为为原原料料,通通过过碳碳热热还还原原氮氮化化方方法法制制备备含含有有 Si3N4、SiC、Sialon、MgAlON和和TiN(C)等等非非金金属属矿矿转转型型碳碳 氮化物的新工艺技术氮化物的新工艺技术,具体研究碳氮化物生成温度、气氛、,具体研究碳氮化物生成温度、气氛、转型促进剂等因素以及高转化率和杂质优化的技术条件;转型促进剂等因素以及高转化率和杂质优化的技术条件;(2)研究新型)研究新型“管式高温反应器管式高温反应器”和和“箱式高温反应器箱式高温反应器”非金属非金属矿转矿转 型碳氮化物高温反应炉装置的成套工艺技术型碳氮化物高温反应炉装置的成套
13、工艺技术;非金属矿转型;非金属矿转型 碳碳氮氮化化物物的的规规模模工工业业化化系系统统技技术术集集成成优优化化协协调调;研研究究非非金金 属矿转型高质量碳氮化物的属矿转型高质量碳氮化物的节能低制造成本的技术节能低制造成本的技术;二、课题的目标、研究内容及技术路线二、课题的目标、研究内容及技术路线(3)研究非金属矿转型碳氮化物在耐高温矿物制品中应用的工研究非金属矿转型碳氮化物在耐高温矿物制品中应用的工 艺技术艺技术,体现和实现本课题研究成果的现实应用价值;,体现和实现本课题研究成果的现实应用价值;(4)研研究究在在非非密密闭闭式式窑窑炉炉内内探探索索14001700C的的不不同同高高温温下下氮氮
14、 化化物物、氮氮氧氧化化物物、碳碳化化物物等等物物相相生生成成和和高高转转化化率率的的配配碳碳量量 和和配配碳碳种种类类、适适宜宜合合成成温温度度、氮氮气气流流量量以以及及CaO、Na2O、K2O、TiO2、Fe2O3等杂质的优化工艺条件,极少量等杂质的优化工艺条件,极少量Na2O 和和K2O杂质被还原转化并达到减量的目的;杂质被还原转化并达到减量的目的;(5)研研究究完完善善“管管式式高高温温反反应应器器”和和“箱箱式式高高温温反反应应器器”装装置置,在在 此基础上此基础上优化非金属矿转型碳氮化物的高温反应炉优化非金属矿转型碳氮化物的高温反应炉,并建,并建 立生产示范。立生产示范。二、课题的
15、目标、研究内容及技术路线二、课题的目标、研究内容及技术路线碳氮化物碳氮化物碳热还原氮化碳热还原氮化碳还原剂碳还原剂配料混料配料混料结合剂结合剂性能测试性能测试优化工艺优化工艺非金属矿物非金属矿物固体工业废弃物固体工业废弃物典型矿物尾矿典型矿物尾矿焦炭粉焦炭粉煤煤 粉粉干压成型干压成型成球机成球机球形试样球形试样片状试样片状试样粉体原料粉体原料转型温度调控转型温度调控碳源及配碳量调控碳源及配碳量调控氮气气氛调控氮气气氛调控转型时间调控转型时间调控添加剂添加剂工业化示范工业化示范碳热还原氮化炉碳热还原氮化炉(三)技术路线(三)技术路线中中低低品品位位矿矿物物资资源源和和固固体体废废弃弃物物转转型型
16、碳碳氮氮化化物物的的窑窑炉炉热热工工工工艺艺参参数数研研究究(1)(1)二、课题的目标、研究内容及技术路线二、课题的目标、研究内容及技术路线非金属矿转型高温炉的关键技术非金属矿转型高温炉的关键技术基础理论分析基础理论分析实验分析与研究实验分析与研究实验匹配应用实验匹配应用实验装置探索实验装置探索箱式反应器箱式反应器管式反应器管式反应器工工业业应应用用过过程程分分析析反反应应过过程程仿仿真真模模拟拟氮氮化化产产物物物物相相分分析析碳碳氮氮化化物物转转化化率率分分析析反反应应器器运运行行参参数数优优化化矿矿物物转转型型热热力力学学分分析析气气体体动动力力学学过过程程分分析析系统集成优化系统集成优化
17、经济效益评价经济效益评价大容积且工作温度大于大容积且工作温度大于1400C1400C的厢式或管式反应器的厢式或管式反应器(三)技术路线(三)技术路线非非金金属属矿矿转转型型碳碳氮氮化化物物高高温温窑窑炉炉关关键键技技术术研研究究(2)(2)三、课题的技术关键及创新点三、课题的技术关键及创新点(一)课题的技术关键(一)课题的技术关键(1)中中低低品品位位含含硅硅铝铝镁镁系系矿矿物物/尾尾矿矿/固固废废物物等等量量大大价价廉廉的的含含硅硅铝铝镁镁矿矿物物和和 工业固废碳热还原氮化方法制备含有工业固废碳热还原氮化方法制备含有Si3N4、SiC、Sialon、MgAlON和和 TiN(C)等等非金属矿
18、转型碳氮化物的新工艺技术非金属矿转型碳氮化物的新工艺技术;(2)新新型型“管管式式高高温温反反应应器器”和和“箱箱式式高高温温反反应应器器”非非金金属属矿矿转转型型碳碳氮氮化化物物高高 温反应炉装置的成套工艺技术的研制温反应炉装置的成套工艺技术的研制;(3)非非密密闭闭式式实实验验电电炉炉完完成成中中低低品品位位耐耐火火矿矿物物资资源源和和固固体体废废弃弃物物碳碳热热还还原原 氮氮化化实实验验的的工工艺艺技技术术及及CaO、TiO2、Fe2O3等等杂杂质质转转变变为为Ca-Sialon、TiN(C)、FexSiy、Fe-Sialon和和Na2O和和K2O等等杂杂质质被被还还原原为为Na、K蒸蒸
19、气气 随炉气排出达到减少随炉气排出达到减少Na和和K含量的优化工艺条件的获得;含量的优化工艺条件的获得;(4)在在“管管式式高高温温反反应应器器”和和“箱箱式式高高温温反反应应器器”实实验验室室装装置置的的基基础础上上研研制制非非 金属矿转型碳氮化物高温反应炉及其生产示范的建设金属矿转型碳氮化物高温反应炉及其生产示范的建设。三、课题的技术关键及创新点三、课题的技术关键及创新点(二)课题的创新点(二)课题的创新点(1 1)天天然然石石英英、中中低低品品位位耐耐火火矾矾土土以以及及其其他他含含硅硅铝铝镁镁系系矿矿 物物/尾矿尾矿/固体废弃物等量大价廉的非金属矿物和工业固固体废弃物等量大价廉的非金属
20、矿物和工业固 体废弃物体废弃物规模化转型高性能碳氮化物的系列工艺技术规模化转型高性能碳氮化物的系列工艺技术;(2 2)非非金金属属矿矿物物转转型型碳碳氮氮化化物物大大型型高高温温反反应应炉炉的的成成套套工工艺艺 技术技术;(3 3)“箱式高温反应器箱式高温反应器”和和“管式高温反应器管式高温反应器”用于非金属用于非金属 矿转型高性能碳氮化物的工艺技术。矿转型高性能碳氮化物的工艺技术。四、课题的预期经济效益及社会效益四、课题的预期经济效益及社会效益 本本课课题题的的成成功功实实施施,能能够够解解决决非非金金属属矿矿物物资资源源,尤尤其其是是中中低低品品位位铝铝硅硅镁镁系系非非金金属属矿矿物物/尾
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- 非金属 高温 反应炉 成套 技术研究
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