專利名稱：一種鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂的方法和工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用鋁還原金屬和鎂的提取的技術(shù)領(lǐng)域，即涉及到一種鋁熱法煉鎂的工藝方法。
背景技術(shù)：
目前，鎂的生產(chǎn)方法分為兩大類，氯化鎂熔鹽電解法和熱還原法，電解法能耗過大，環(huán)境污染嚴(yán)重，已較少為人采用。而熱還原法中應(yīng)用最廣的是皮江法，即以煅燒后白云石(MgO·CaO)為原料和以硅鐵(Si-Fe)為還原劑，在1200℃和1.3～13.3Pa的真空條件下，反應(yīng)生成金屬鎂。然而皮江法還存在如下缺點(diǎn)還原溫度高，因而能耗較高(～13噸煤/噸鎂)；還原周期長(zhǎng)(12小時(shí))，生產(chǎn)效率低；單罐鎂產(chǎn)量較低(～30Kg/次)，日產(chǎn)量低；爐渣量較大(～7噸渣/噸鎂)，且爐渣價(jià)值低。
中國(guó)專利ZL93115701.3公開了一種《以菱鎂礦和白云石為原料的鋁熱法煉鎂》的技術(shù)，采用鋁粉、菱鎂粉和白云石按1～2∶2～4∶6～15秤料，先將菱鎂礦、白云石煅燒經(jīng)磨粉后，與粒度為80～100目的鋁粉混料在15～35兆帕的壓力下壓成團(tuán)塊，放入金屬槽內(nèi)再送入還原罐中，在1100～1170℃真空條件下經(jīng)過6～8小時(shí)反應(yīng)生成金屬鎂，其化學(xué)反應(yīng)式為1991年吳賢熙所提出來的(1)其料鎂比達(dá)3.72；渣鎂比為2.72；要比1981年張日強(qiáng)所提出的下述反應(yīng)式(2)的料鎂比3.68和渣鎂比2.68均要高。而且在煅燒白云石MgCO3·CaCO3時(shí)，由于CaCO3的分解需升溫至1200℃，而在這一溫度下，MgCO3分解的MgO其活性已顯劇下降，故煅燒白云石制鎂既耗能而并未取得好的效果，實(shí)則有些得不償失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前的熱還原法制鎂工藝存在的問題，尋求一種新的制鎂工藝方法以實(shí)現(xiàn)降低熱還原溫度以節(jié)能；縮短還原周期，提高鎂收得率，進(jìn)一步提高鎂產(chǎn)量；降低料鎂比和渣鎂比，節(jié)省原料和減少渣量排放量等目標(biāo)。
經(jīng)發(fā)明人的研究，鋁熱法還原氧化鎂煉鎂，用CaO助劑其化學(xué)反應(yīng)通式可寫成為 從反應(yīng)式中分析，CaO的作用僅在于和Al2O3結(jié)合形成穩(wěn)定化合物，使反應(yīng)得以完成。另一方面，從CaO-Al2O3二元系相圖的研究中得出存在四種穩(wěn)定的化合物，它們是CaO·Al2O3(可簡(jiǎn)寫為CA)；CaO·2Al2O3(CA2)；3CaO·Al2O3(C3A)和CaO·6Al2O3(CA6)。而12CaO·7Al2O3(C12A7)僅僅是一種亞穩(wěn)相，它不是二元化合物，C12A7在空氣中的熔點(diǎn)為1392℃，在136O℃以下分解成為CA+C3A共晶體。同樣，C5A3也是不穩(wěn)定的。它同C12A7成分差別很小，許多研究水泥和混凝土的學(xué)者認(rèn)為它們是同一種不穩(wěn)相。故發(fā)明人認(rèn)為鋁熱法的理論依據(jù)不應(yīng)該是上述兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)式，而應(yīng)該是以下四種反應(yīng)式?，F(xiàn)將它們按料鎂比由低到高排列如下(1)生成CaO·6Al2O3(CA6)(3)(2)生成CaO·2Al2O3(CA2)(4)(3)生成CaO·Al2O3(CA)
(5)(4)生成3CaO·Al2O3(C3A)(6)上式四種化學(xué)反應(yīng)式中，前三種的料鎂比和渣鎂比均較目前所采用的吳、張所提出的反應(yīng)式要低，經(jīng)濟(jì)效益也更佳。
本發(fā)明的構(gòu)思正是從上述研究工作的成果出發(fā)，即與已公開的技術(shù)方案的區(qū)別就在于本發(fā)明所采用的方法是以反應(yīng)式(3)、(4)、(5)為理論基礎(chǔ)。
本發(fā)明所提出的鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂方法，其特征在于采用下述三個(gè)化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行
本發(fā)明還提出了一種實(shí)施鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂方法的工藝，采用菱鎂礦粉為原料、鋁粉為還原劑，其特征在于(1)另加有煅燒后的石灰石粉作助劑，其添加量為原料總重量的5～15wt％；(2)將磨碎成0.25～0.075mm粒度的菱鎂礦粉在700～1000℃溫度下煅燒成活性MgO；(3)將煅燒后的菱鎂礦粉、煅燒后的石灰石粉和鋁粉按重量比為35～80∶5～15∶15～54混勻后在40～450兆帕壓強(qiáng)下壓制成團(tuán)塊；(4)將壓制好的團(tuán)塊放入反應(yīng)罐內(nèi)，抽真空至1～13.3Pa置于還原爐中進(jìn)行加熱，在1050～1170℃條件下反應(yīng)4～8小時(shí)制成粗鎂。
本發(fā)明的工藝，菱鎂礦的煅燒溫度最佳值為900℃，此時(shí)燒成MgO的平均活性度最高達(dá)到30.58％。這比采用白云石(MgCO3·CaCO3)作原料時(shí)煅燒溫度為1200～1250℃要低1/4，節(jié)能效果明顯。而且采用白云石作原料，其料鎂比和渣鎂比都要高，因?yàn)槠渲泻珻aCO3超過MgCO31.19倍。
本發(fā)明的工藝的最佳原料配比按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算為MgO∶CaO∶Al＝65.64∶5.07∶29.28。
本發(fā)明的工藝中壓制團(tuán)塊的壓強(qiáng)其最佳值為300兆帕。
本發(fā)明的工藝方法中最佳反應(yīng)溫度為1150℃，最佳反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。
本發(fā)明的工藝方法的優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下(1)和皮江法相比較還原溫度低50℃，還原時(shí)間縮短了40％；鎂產(chǎn)量提高了50％，鎂的回收率提高了14.42％；而料鎂比降低了69.85％，節(jié)省原料；渣鎂比降低了75.28％，減少了廢渣的處理量，有利于環(huán)保。
(2)和已公開的鋁熱法相比較，本發(fā)明由于采用菱鎂礦粉和石灰石粉分別煅燒，菱鎂礦粉在900℃溫度煅燒可取得取佳活性，無需加溫至1200℃，僅需將石灰石粉單獨(dú)在1100℃下煅燒，這比在1200～1250℃溫度下煅燒白云石不但要節(jié)省能源，還能提高M(jìn)gO的活性，堪稱一舉兩得。而且由于采用了更合理的條件和新的更合理的化學(xué)反應(yīng)式，使料鎂比進(jìn)一步從3.72降低到2.53，即降低了32％；渣鎂比從2.72降低到1.53，即降低了44％，效益也十分明顯。


圖1為皮江法煉鎂的工藝方法的流程框圖；圖2為本發(fā)明的工藝方法的流程框圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的說明和補(bǔ)充。
實(shí)施例1原料處理先將菱鎂礦(MgCO3)經(jīng)過粗碎、中碎粉碎至粒度0.25mm粉后，在700℃煅燒1小時(shí)制成活性MgO，再細(xì)磨過篩備用；再以同樣的工藝將石灰石(CaCO3)粉碎成粒度為0.833mm粉后在1100℃下煅燒1小時(shí)制成CaO粉，再細(xì)磨過篩備用。
配料壓塊將煅燒過篩后的MgO和CaO細(xì)粉和鋁粉按重量百分?jǐn)?shù)80∶5∶15均勻混合，再在壓力機(jī)下以40兆帕的壓強(qiáng)壓制成團(tuán)塊。
還原制鎂將壓好的團(tuán)塊置于皮江法的反應(yīng)罐內(nèi)，再將反應(yīng)罐送入加熱爐(即還原爐)中，抽真空至1帕后加熱至1050℃，反應(yīng)8小時(shí)，即制得粗鎂。
實(shí)施例2原料處理先將菱鎂礦經(jīng)初碎、中碎粉碎至粒度0.075mm，在1000℃煅燒1小時(shí)后制成活性MgO，細(xì)磨后過篩備用；再將石灰石以相同工藝粉碎后在1100℃下煅燒1小時(shí)制成粒度為0.075mm的CaO粉，過篩后備用。
配料壓塊將煅燒過篩后的MgO和CaO細(xì)粉和鋁粉按重量百分?jǐn)?shù)35∶15∶54均勻混合，再在壓力機(jī)下以450兆帕的壓強(qiáng)壓制成團(tuán)塊。
還原制鎂將壓好的團(tuán)塊置于皮江法的反應(yīng)罐內(nèi)，再將反應(yīng)罐送入加熱爐中，抽真空至13.3帕進(jìn)行加熱，在1170℃下保溫4小時(shí)，還原得到粗鎂。
實(shí)施例3原料處理先將菱鎂礦經(jīng)初碎、中碎粉碎至粒度0.15mm粉后，在900℃煅燒1小時(shí)，制成活性MgO，再細(xì)磨過篩備用；再以相同工藝將石灰石粉碎成粒度為0.25mm的粉末后在1150℃下煅燒1小時(shí)制成CaO，細(xì)磨后過篩備用。
配料壓塊將煅燒過篩后的MgO和CaO粉和鋁粉按重量百分?jǐn)?shù)65.64∶5.07∶29.28均勻混合，再在壓力機(jī)下以300兆帕的壓強(qiáng)壓制成團(tuán)塊。
還原制鎂將壓好的團(tuán)塊置于皮江法的反應(yīng)罐內(nèi)，再將反應(yīng)罐送入還原爐中，抽真空至2帕，在1150℃下反應(yīng)6小時(shí)，即制成粗鎂。
總之，由于本發(fā)明發(fā)現(xiàn)并提出了鋁還原煅燒菱鎂礦制鎂的新的化學(xué)反應(yīng)式，即(3)(4)(5)明顯地降低了料鎂比和渣鎂比，這既節(jié)省了原料，又減少了廢渣的處理量。而將菱鎂礦粉和石灰石粉在不同溫度下分別煅燒，則既節(jié)省了能耗，又確保了MgO的高活性，進(jìn)一步縮短了還原周期，提高了鎂產(chǎn)量。
權(quán)利要求
1.一種鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂的方法，其特征在于采用下述三個(gè)化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行。
2.一種實(shí)施按權(quán)利要求1所述的鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂方法的工藝，采用菱鎂礦粉為原料、鋁粉為還原劑，其特征在于(1)另加有煅燒后的石灰石粉作助劑，其添加量為原料總重量的5～15wt％；(2)將磨碎成0.25～0.075mm粒度的菱鎂礦粉在700～1000℃溫度下煅燒成活性MgO；(3)將煅燒后的菱鎂礦粉、煅燒后的石灰石粉和鋁粉按重量比為35～80∶5～15∶15～54混勻后在40～450兆帕壓強(qiáng)下壓制成團(tuán)塊；(4)將壓制好的團(tuán)塊放入反應(yīng)罐內(nèi)，抽真空至1～13.3Pa置于還原爐中進(jìn)行加熱，在1050～1170℃條件下反應(yīng)4～8小時(shí)制成粗鎂。
3.按權(quán)利要求1所述的鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂的工藝方法，其特征在于所說的菱鎂礦粉的最佳煅燒溫度為900℃。
4.按權(quán)利要求1所述的鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂的工藝方法，其特征在于MgO、CaO和Al的最佳重量百分配比為65.64∶5.07∶29.28。
5.按權(quán)利要求1所述的鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂的工藝方法，其特征在于壓制原料團(tuán)塊的最佳壓強(qiáng)為300兆帕。
6.按權(quán)利要求1所述的鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂的工藝方法，其特征在于團(tuán)塊在反應(yīng)罐中還原制鎂時(shí)，其最佳溫度為1150℃，最佳反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。
全文摘要
一種鋁熱還原煅燒菱鎂礦煉鎂的方法，提出了新的化學(xué)反應(yīng)式，其工藝采用菱鎂礦粉為原料，鋁粉為還原劑，其特征在于(1)另加有5～15wt％的煅燒石灰石粉(CaO)作助劑；(2)將菱鎂礦粉在700～1000℃溫度煅燒1小時(shí)制成活性MgO；(3)將菱鎂礦粉、石灰石粉和鋁粉按重量比35～80∶5～15∶15～54混勻后在40～450兆帕壓強(qiáng)下壓制成團(tuán)塊；(4)將團(tuán)塊放入反應(yīng)罐內(nèi)，抽真空至1～13.3帕置于還原爐中加熱，在1050～1170℃條件下還原4～8小時(shí)制得粗鎂。本發(fā)明還給出了上述工藝方法中的最佳參數(shù)。同傳統(tǒng)的皮江法和已公知的鋁熱法制鎂工藝相比，既降低了能耗又提高了產(chǎn)量，還可節(jié)省原料和減少?gòu)U渣的處理量?？傊景l(fā)明工藝方法極具推廣價(jià)值，可創(chuàng)造出較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C22B1/16GK1730685SQ20051004708
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者路忠勝 申請(qǐng)人:路忠勝