專利名稱：一種冶煉金屬鎂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶煉金屬鎂的方法，更確切地說本發(fā)明所涉及的冶煉金屬鎂的方法是不使用硅鐵，而用碳作為還原劑。不采用反應(yīng)罐真空還原法制金屬鎂，而采用真空燒結(jié)爐進(jìn)行高溫還原生產(chǎn)金屬鎂。屬于冶煉金屬鎂的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
世界上生產(chǎn)金屬鎂的方法主要有兩種一是硅熱還原法，二是鎂鹽電解法。目前，中國(guó)鎂企業(yè)采用最為普遍的工藝仍然是硅熱法(或稱皮江法)。這種工藝的主要流程是將白云石破碎至適當(dāng)粒度后在回轉(zhuǎn)窯中煅燒，得到煅白；再將煅白、硅鐵破碎磨成粉，然后與添加劑螢石粉(含CaF2 ^ 95% )混合均勻制團(tuán)；接著裝入耐熱不銹鋼還原罐內(nèi)，置于還原爐中，在1200 1250°C及I. 33Pa真空度下進(jìn)行還原反應(yīng)制取粗鎂；再經(jīng)過熔煉精制、鑄錠、表面處理得到成品鎂錠。這種方法的優(yōu)點(diǎn)很明顯①原材料可就地取材，規(guī)模能大能小生產(chǎn)成本比電解法低；③工藝技術(shù)比較容易掌握；④粗鎂的質(zhì)量等級(jí)略高于電解鎂； ⑤20世紀(jì)90年代以來采用這種工藝的鎂企業(yè)所獲經(jīng)濟(jì)效益極為可觀，等等。但是，這種工藝方法的缺點(diǎn)也很突出①資源消耗量大。每生產(chǎn)It金屬鎂需消耗白云石12 14t ;②能耗過高。生產(chǎn)It金屬鎂不僅需要直接消耗無煙煤或煙煤8 10t，還需要添加I. 2t多高耗能產(chǎn)品硅鐵；由于硅鐵成本較高,約占純鎂成本的45%，再加上煤耗，兩者約占純鎂生產(chǎn)成本的65%以上。特別是近年來能源材料價(jià)格上升很快，導(dǎo)致了生產(chǎn)金屬鎂的企業(yè)出現(xiàn)嚴(yán)重虧損的現(xiàn)象；③污染較為嚴(yán)重。不僅生產(chǎn)過程中原料車間粉塵污染嚴(yán)重，而且每生產(chǎn)It金屬鎂還將副產(chǎn)還原渣5 6t ;④還原周期一般在12小時(shí)左右，生產(chǎn)效率還不太高；⑤工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。而鎂鹽電解法是利用氯化鎂熔液進(jìn)行電解制得金屬鎂。該方法是產(chǎn)生的氯氣，污染環(huán)境，對(duì)環(huán)保產(chǎn)生很大的影響。因此，目前國(guó)內(nèi)還沒有采用這種方法生產(chǎn)金屬鎂。針對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)金屬鎂的方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員提出各種有益的方法，例如①CN1920072A的發(fā)明專利提出有將碳化鈣作為冶煉金屬鎂的還原劑，將碳化鈣與白云石煅料及螢石的粉料混合、成球，在高溫和真空條件下進(jìn)行還原反應(yīng)制備金屬鎂；碳化鈣的用量為白云石煅料中氧化鎂重量的50-60% ;且還原反應(yīng)的溫度為900-1100°C，壓力為l_20Pa，還原時(shí)間4-5小時(shí)。又如CN101684524A提出“碳熱還原法制備金屬鎂的方法及其裝置”的申請(qǐng)，其特征在于，將原料煅燒白云石、石英石與碳質(zhì)還原劑破碎加工后混料，并壓制成型，在真空狀態(tài)下，使上述混料進(jìn)行還原反應(yīng)，制備金屬鎂。由于所述的發(fā)明不再使用價(jià)格昂貴的FeSi，其原材料價(jià)廉易得，從而大大降低了金屬鎂的生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。并且也省去了 FeSi制備中的大量能耗，人力與實(shí)踐成本，同時(shí)，排除了 FeSi制備中的環(huán)境污染，響應(yīng)了節(jié)能減排、綠色環(huán)保的要求。再如CN1186290C的發(fā)明者提出“一種皮江法煉鎂渣制磚制備方法”，主要解決現(xiàn)有皮江法金屬鎂冶煉和煙氣沒有被利用，造成環(huán)境污染的問題。其制備方法是將煉鎂渣從還原罐中鏟出，自然冷卻至常溫，然后加入煉鎂渣的50-60%的水，混合；將混合后的渣料在常溫下放置一周，送入制磚機(jī)中成型；成型后的磚坯送入碳化室中，被白云石煅燒后產(chǎn)生的二氧化碳煙氣進(jìn)行碳化，即成為產(chǎn)品。用本方法制磚，可以充分利用現(xiàn)有皮江法金屬鎂冶煉過程中產(chǎn)生的渣和煙氣，由于將廢渣和廢氣綜合利用制成建筑材料，減少了排渣所占耕地以及對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)又減少了二氧化碳向大氣的排放數(shù)量，降低了二氧化碳對(duì)大氣產(chǎn)生的溫室效應(yīng)的影響。20世紀(jì)20 30年代，歐美國(guó)家曾建過一套碳熱法煉鎂裝置。但由于運(yùn)行過程中反應(yīng)溫度高達(dá)2000° C以上，副產(chǎn)品CO又極易與還原出來的鎂發(fā)生可逆反應(yīng)(當(dāng)反應(yīng)溫度超過1250° C后，每提高10° C反應(yīng)速度增加2 3倍；反應(yīng)出的鎂粉很容易與高溫CO發(fā)生可逆反應(yīng)而導(dǎo)致爆炸)?，F(xiàn)在看來碳還原法最主要的缺點(diǎn)就是還原溫度過高和副產(chǎn)品CO極易與還原出來的原生鎂產(chǎn)生可逆反應(yīng)以及副產(chǎn)品CO易爆炸，只有當(dāng)這些問題解決了，碳還原法生產(chǎn)金屬鎂的技術(shù)就會(huì)得到推廣?？紤]以上各點(diǎn)以及現(xiàn)已報(bào)道的文獻(xiàn)，本發(fā)明擬從改革現(xiàn)有工藝為切入點(diǎn)，提供一種不用硅鐵，能耗較低的冶煉金屬鎂的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種冶煉金屬鎂的方法，在所提供的方法中不使用硅鐵作為還原劑，以及不采用反應(yīng)罐真空還原法，而采用低真空燒結(jié)爐進(jìn)行高溫還原反應(yīng)生產(chǎn)金屬鎂，可望明顯降低能耗。本發(fā)明是以氧化鎂和碳為原料，按照氧化鎂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)70% 80%，碳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)20% 30%的配比并外加適量的結(jié)合劑進(jìn)行混料，通過下列工藝過程來而制得金屬鎂氧化鎂和碳通過配料，混料后和成球一高溫反應(yīng)燒結(jié)一產(chǎn)生金屬鎂氣體進(jìn)入冷凝器一得到金屬鎂錠一精煉得到精煉鎂；混料時(shí)間為8-25分鐘；所述的氧化鎂是輕燒氧化鎂、白云石、水鎂石、菱鎂礦或用后鎂碳磚中的氧化鎂以及它們的組合；所述的碳是指用后鎂碳磚中的碳、焦炭、石油焦、煤、浙青焦、碳黑或石墨中任意一種以及它們的組合；所述的用后鎂碳磚即為使用后從爐子上拆下來的鎂碳磚；所述的石油焦、焦炭的粘度為l_3Pa S ；所述的混料時(shí)間是氧化鎂和碳先在球磨機(jī)內(nèi)混合10-20分鐘，然后再加入碳素結(jié)合劑后混料10-15分鐘；所述的燒結(jié)工藝是在高溫反應(yīng)燒結(jié)爐中進(jìn)行的，所述的反應(yīng)燒結(jié)爐可以是真空感應(yīng)碳管爐或真空碳管電阻爐。而最好是真空感應(yīng)碳管爐。它能夠?qū)崿F(xiàn)快速升溫，并能升溫到高溫，保證反應(yīng)迅速進(jìn)行；所述的反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w可以通過集氣冷凝器，進(jìn)行回收，并用來加熱原料，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和能源的充分利用；所述的結(jié)合劑主要是指碳素結(jié)合劑。如酚醛樹脂、呋喃樹脂、改性浙青樹脂等含碳的結(jié)合劑。這樣有利于提高結(jié)合性和提高反應(yīng)產(chǎn)物的純度。通常使用質(zhì)量百分量為5-12%(外加)。當(dāng)然不使用炭素結(jié)合劑也可以冶煉金屬鎂，但反應(yīng)速率低，產(chǎn)品的純度也低，以使用5-12%為宜。所述的真空感應(yīng)爐。其內(nèi)襯由兩部分組成其外部，即靠近感應(yīng)線圈處用鋁鈣質(zhì)干式搗打料，這樣有利于降低導(dǎo)熱系數(shù)和提高熱力學(xué)穩(wěn)定性，有利于節(jié)能。其內(nèi)側(cè)采用碳質(zhì)材料。碳質(zhì)材料起到感應(yīng)發(fā)熱升溫的作用，提高了升溫速度和熱轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明提供的冶煉金屬鎂的工藝流程如圖I所示，與傳統(tǒng)皮江法相比具有的優(yōu)點(diǎn)是(I)本發(fā)明工藝流程中每生產(chǎn)IT金屬鎂僅消耗輕燒鎂粉為2T，資源消耗顯著降低；( 2 )不產(chǎn)生渣，環(huán)保效果好；(3)最為突出的特點(diǎn)是用低廉的焦碳·代替了價(jià)格相對(duì)較高的硅鐵作還原劑，從而使鎂的綜合生產(chǎn)成本由13635元/ t降至10650元/ t，也即每噸鎂的成本降低幅度高達(dá)20%以上?？梢娞紵岱ㄐ鹿に嚨某杀竞托蕛?yōu)勢(shì)都相當(dāng)明顯。在近期硅鐵價(jià)格不斷攀升和金屬鎂出現(xiàn)虧損的情況下，新工藝的這些優(yōu)勢(shì)則顯得更為突出。更為社會(huì)和企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益；(4)因?yàn)椴捎昧肆乡娮詣?dòng)加料的方式，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大大提高。以前采用碳還原法生產(chǎn)金屬鎂，主要因?yàn)椴捎霉锜徇€原法生產(chǎn)的設(shè)備，這種設(shè)備不能達(dá)到要求的溫度，即使達(dá)到高溫使用壽命較低，導(dǎo)致生產(chǎn)不出來金屬鎂，或成本較高。因此設(shè)備成為制約這種方法發(fā)展的主要障礙。而本發(fā)明的設(shè)備內(nèi)襯采用碳的感應(yīng)爐，這種碳管既是爐襯的一部分又是感應(yīng)發(fā)熱元件，溫度達(dá)到2000° C以上，實(shí)際上在真空條件下MgO和C的反應(yīng)溫度為1450-1650° C。因此，真空碳管感應(yīng)爐保證了用MgO和C反應(yīng)生產(chǎn)金屬所需要的溫度，解決了反應(yīng)罐制造金屬鎂不能達(dá)到溫度的問題。本發(fā)明冶煉的金屬鎂粗煉鎂的純度為90%左右，而精煉可達(dá)99%以上，且金屬鎂純度越高，粒度越細(xì)，在空氣中會(huì)自燃，如何防止涉及結(jié)晶器的設(shè)計(jì)，使鎂直接變成鎂碳，聚集成致密體，以防止自燃(另行申請(qǐng))。


圖I為本發(fā)明提供的生產(chǎn)金屬鎂的流程圖。圖2為本發(fā)明提供的真空加熱燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的真空加熱燒結(jié)爐如圖2所示，操作步驟如下⑴首先把氧化鎂和碳成球原料加到感應(yīng)爐內(nèi)，通電并給感應(yīng)爐和真空室2通冷卻水，加熱氧化鎂和碳的混合料；
(2)當(dāng)溫度在800° C前時(shí)，關(guān)閉真空閥門I和2，開啟真空泵，達(dá)到要求的真空度小于10乇，隨著溫度升高，鎂和CO氣體放出，并進(jìn)入冷凝器；(3)通過控制冷卻水的冷卻強(qiáng)度，控制Mg氣體在真空室2內(nèi)冷凝成固體。到一定量取出來；(4)真空泵放出來的CO，經(jīng)過空壓機(jī)增壓，把CO增壓送入到CO儲(chǔ)罐里，這種CO可以作為燃料使用；(5)當(dāng)反應(yīng)到一定程度時(shí)，關(guān)上閥門1，開啟閥門2，對(duì)感應(yīng)爐膛進(jìn)行加料。然后關(guān)上閥門2，開啟閥門1，對(duì)加料管進(jìn)行加料；(6)產(chǎn)生的鎂氣體進(jìn)入冷凝器，冷凝器周圍內(nèi)腔通冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻，使溫度冷卻到600-900° C。金屬鎂呈液態(tài)。隨后凝固成金屬鎂錠，冶煉精煉成金屬M(fèi)g，其純度可達(dá)99%以上。實(shí)施例I :
以MgO含量為94%的輕燒氧化鎂，C含量為98 %的石油焦，粘度2Pa. S，碳含量為65%的酚醛樹脂結(jié)合劑為原料，按照輕燒氧化鎂石油焦=7525的質(zhì)量比，加入<j5 2000X4000的球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨混合10分鐘后出料。將該混合好的料加入750型強(qiáng)力混練機(jī)內(nèi)，外加混合料的5%的酚醛樹脂結(jié)合劑進(jìn)行混料15分鐘，然后出料，到成球機(jī)，進(jìn)行擠壓成￠40球.將該球加入到感應(yīng)燒結(jié)爐內(nèi)，進(jìn)行通電加熱到1600° C，同時(shí)開啟真空泵和空壓機(jī)，并向冷凝器內(nèi)通冷卻介質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的反應(yīng)氣體進(jìn)行冷卻，這樣就得到了金屬鎂錠和燃料CO氣體。實(shí)施例2 以MgO含量為80 %的輕燒氧化鎂，C含量為90 %的焦炭，粘度2Pa. S，碳含量為85%的改性浙青樹脂結(jié)合劑為原料，按照輕燒氧化鎂石油焦=70 30的質(zhì)量比，加入
小2000 X 4000的球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨混合15分鐘后出料。將該混合好的料加入750型強(qiáng)力混練機(jī)內(nèi)，外加混合料的5%的改性浙青樹脂結(jié)合劑進(jìn)行混料10分鐘，然后出料，到成球機(jī)，進(jìn)行擠壓成￠40球.將該球加入到感應(yīng)燒結(jié)爐內(nèi)，進(jìn)行通電加熱到1650° C，同時(shí)開啟真空泵和空壓機(jī)，并向冷凝器內(nèi)通冷卻介質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的反應(yīng)氣體進(jìn)行冷卻，這樣就得到了金屬鎂錠和燃料CO氣體。實(shí)施例3 以MgO含量為40 %的輕燒白云石，C含量為98 %的石油焦，粘度2Pa. S，碳含量為85%的改性浙青樹脂結(jié)合劑為原料，按照輕燒白云石石油焦=80 20的質(zhì)量比，加入小2000 X 4000的球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨混合20分鐘后出料。將該混合好的料加入750型強(qiáng)力混練機(jī)內(nèi)，外加混合料的5%的改性浙青樹脂結(jié)合劑進(jìn)行混料10分鐘，然后出料，到成球機(jī)，進(jìn)行擠壓成￠40球.將該球加入到感應(yīng)燒結(jié)爐內(nèi)，進(jìn)行通電加熱到1500° C，同時(shí)開啟真空泵和空壓機(jī)，并向冷凝器內(nèi)通冷卻介質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的反應(yīng)氣體進(jìn)行冷卻，這樣就得到了金屬鎂錠和燃料CO氣體。實(shí)施例4使用的炭為用后鎂碳磚中的碳，MgO的含量等同實(shí)施例1、2或3。
權(quán)利要求
1.一種冶煉金屬鎂的方法，其特征在于以氧化鎂和碳為原料，按照氧化鎂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為70-80%，碳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20-30%的配比并外加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5-12%的碳素結(jié)合劑進(jìn)行混料，混料后通過成球一高溫反應(yīng)燒結(jié)爐一產(chǎn)生金屬鎂氣體進(jìn)入冷凝器一金屬鎂錠一精煉得到金屬鎂。
2.按權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 a)所述的氧化鎂是輕燒氧化鎂、輕燒白云石、水鎂石、菱鎂礦或用后鎂碳磚中的氧化鎂以及它們的組合； b)所述的碳是指用后鎂碳磚中的碳、焦炭、石油焦、煤、浙青焦、碳黑或石墨中的一種；所述的用后鎂碳磚即為以使用后從爐子上拆下來的鎂碳磚； c)所述的碳素結(jié)合劑為酚醛樹脂、呋喃樹脂或改性浙青樹脂； d)所述的高溫反應(yīng)燒結(jié)爐為真空碳管感應(yīng)爐或真空碳管電阻爐；燒成溫度為1450-1650°C ； e)所述的混料時(shí)間是氧化鎂和碳先在球磨機(jī)內(nèi)混合10-20分鐘，然后再加入碳素結(jié)合劑后混料10-15分鐘。
3.按權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于高溫反應(yīng)燒結(jié)爐的操作步驟為 (a)首先把氧化鎂和碳成球后的原料加到感應(yīng)爐內(nèi)，通電并給感應(yīng)爐和真空室(2)通冷卻水，加熱氧化鎂和碳的混合料； (b)當(dāng)溫度在800°C前時(shí)，關(guān)閉真空閥門(I)和(2)，開啟真空泵，達(dá)到要求的真空度小于10乇，隨著溫度升高，鎂和CO氣體放出，并進(jìn)入冷凝器； (c)通過控制冷卻水的冷卻強(qiáng)度，控制Mg氣體在真空室⑵內(nèi)冷凝成固體。到一定量取出來； (d)真空泵放出來的CO，經(jīng)過空壓機(jī)增壓，把CO增壓送入到CO儲(chǔ)罐里，CO作為燃料使用； (e)當(dāng)反應(yīng)到一定程度時(shí)，關(guān)上閥門(I)、開啟閥門(2)，對(duì)感應(yīng)爐膛進(jìn)行加料。然后關(guān)上閥門(2)，開啟閥門(1)，對(duì)加料管進(jìn)行加料； (f)產(chǎn)生的鎂氣體進(jìn)入冷凝器，冷凝器周圍內(nèi)腔通冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻，使溫度冷卻到600-900° C ;金屬鎂呈液態(tài)。隨后凝固成金屬鎂錠，冶煉精煉成金屬M(fèi)g，其純度可達(dá)99%以上。
4.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的真空感應(yīng)爐的內(nèi)襯由兩部分組成靠近感應(yīng)線圈處用鈣質(zhì)干式搗打料而內(nèi)側(cè)采用炭質(zhì)材料。
5.按權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于氧化鎂和碳反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳通過冷凝器進(jìn)行回收。
6.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于石油焦和焦炭的粘度為l_3Pa S。
7.按權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于不外加碳素結(jié)合劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冶煉金屬鎂的方法，其特征在于以氧化鎂和碳為原料，按照氧化鎂質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為70-80％，碳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20-30％的配比并外加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5-12％的碳素結(jié)合劑進(jìn)行混料后通過成球→高溫反應(yīng)燒結(jié)爐→產(chǎn)生金屬鎂氣體進(jìn)入冷凝器→金屬鎂錠→精煉得到金屬鎂。本發(fā)明在于不使用硅鐵作為還原劑，且采用低真空燒結(jié)爐進(jìn)行高溫還原反應(yīng)，比傳統(tǒng)使用硅鐵作為還原劑的成本低20％左右，并且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22B5/10GK102703736SQ20121018939
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者田云鵬, 田守信, 趙玲娣 申請(qǐng)人:上?？氯鹨苯馉t料有限公司, 陽谷信民耐火材料有限公司