專利名稱：一種碳熱還原制備鎂及鈣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳熱還原制備鎂及鈣的方法，屬于金屬冶煉領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂是最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料之一，具有比強度和比剛度高、阻尼性和切削性好、易于回收等優(yōu)點。在材料、機械、車輛、3C、航空航天、國防等領(lǐng)域有重要的、廣泛的應(yīng)用。鈣可以做脫氧劑、脫水劑、還原劑、脫硫劑、脫碳劑、吸氣劑，在材料、冶金、化工、電
子等領(lǐng)域有重要應(yīng)用?，F(xiàn)有的熱還原制備技術(shù)的工藝一般過程為:(1)煅燒含有金屬元素的礦石，得到金屬氧化物，(2)將金屬氧化物、還原劑、助劑細(xì)化為粉末；(3)計量金屬氧化物、還原劑、助劑并混合均勻得到反應(yīng)物料，(4)將粉末壓制成塊，(5)將塊狀物放入真空還原罐中進(jìn)行反應(yīng)，獲得金屬蒸汽并冷凝為凝聚態(tài)金屬?，F(xiàn)有技術(shù)中，金屬鎂的制備多采用皮江法，該法利用硅還原劑將煅白中的MgO還原為金屬鎂，而煅白中CaO進(jìn)入渣相而被浪費被造成環(huán)境污染。金屬鈣一般采用熱還原法和氯化鈣熔鹽電解法。熱還原法鋁的成本較高，而電解法過程復(fù)雜，工藝成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有熱還原技術(shù)中存在的反應(yīng)物料成本高、反應(yīng)產(chǎn)物不純、反應(yīng)原料利用率低的問題，提供一種能節(jié)省成本，實現(xiàn)產(chǎn)物分別制備并收集的新方法。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:I)準(zhǔn)備熱還原用原料:原料包括煅白、還原劑、助劑氟化鈣等。其中:煅白是煅燒白云石；還原劑為碳或在高溫下可以生成碳的物質(zhì)；還原劑單質(zhì)碳的碳物質(zhì)量是煅白中氧化鈣物質(zhì)量和氧化鎂物質(zhì)量總和的1-2倍；氟化鈣的質(zhì)量為其他反應(yīng)物料總量的3-5% wt。2)反應(yīng)物料經(jīng)計算后裝入還原罐中，在真空度為l_20Pa、溫度在1000-1350°C條件下進(jìn)行熱還原反應(yīng)，分別制備金屬鎂和鈣。3)分別收集反應(yīng)生成的鎂、鈣蒸汽并冷凝得到凝聚態(tài)的金屬鎂和鈣。4)反應(yīng)完成后，收集反應(yīng)產(chǎn)生的CO作為燃料為熱還原反應(yīng)礦石的熱分解提供熱倉泛。同時，還原反應(yīng)過程中，可攪拌反應(yīng)物料或旋轉(zhuǎn)還原罐等，強制擾動反應(yīng)物料，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供一種分步先后還原煅白中的氧化鎂和氧化鈣，制備得到鎂和鈣的蒸汽，從而實現(xiàn)對鎂和鈣的分別收集，進(jìn)而大幅度的降低成本，獲得高純度的金屬鎂和鈣，提高金屬材料的利用率。
具體實施方式
結(jié)合以下實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實施方式
。
實施例1
(I)準(zhǔn)備反應(yīng)物料，反應(yīng)物料由MgO含量為40%的煅燒白云石，單質(zhì)碳和氟化鈣組成，配料質(zhì)量比為:煅白:C:CaF2=100:54:10 ；
(2)將所有反應(yīng)物料粉碎到顆粒直徑小于0.1Omm,并混合均勻；
(3)將粉碎并混合均勻的原材料壓制成球團(tuán)；
(4)將球團(tuán)裝入還原罐中，加熱升溫并抽真空，在T/P°_°395=1307時保持I小時收集鎂蒸汽，待鎂蒸汽收集完結(jié)后，在T/P°_°37°=1483時保持0.5小時收集鈣蒸汽，分別冷凝得到凝聚態(tài)的金屬鎂和鈣；
實施例2
(I)準(zhǔn)備反應(yīng)物料，反應(yīng)物料由MgO含量為40%的煅燒白云石，煤炭或焦炭和氟化隹丐組成，配料質(zhì)量比為:煅白:C=100:60 ；
( 2)將所有反應(yīng)物料粉碎到顆粒直徑小于0.1Omm,并混合均勻；
(3)將粉碎并混合均勻的原料壓制成球團(tuán)；
(4)將球團(tuán)裝入還原罐中，加熱升溫并抽真空，在T/P°_°395=1324時保持I小時收集鎂蒸汽，待鎂蒸汽收集完結(jié)后，在T/P°_°37°=1488時保持0.5小時收集鈣蒸汽，分別冷凝得到凝聚態(tài)的金屬鎂和鈣。
權(quán)利要求
1.一種碳熱還原制備鎂及鈣的方法，反應(yīng)物料為:煅白、還原劑和助劑，工藝步驟為: 根據(jù)還原反應(yīng)的化學(xué)計量配置反應(yīng)物，將反應(yīng)物制粉并混合均勻，將反應(yīng)物粉末壓制成塊并放入還原罐中；反應(yīng)物在罐內(nèi)絕對壓力P為l-20Pa、溫度T為1300-2000K的條件下進(jìn)行熱還原反應(yīng)，其特征是，在T/P°_°395為1300-1325的條件下還原氧化鎂獲得金屬鎂，在T/ P0-0370為1480-1550的條件下還原氧化鈣獲得金屬鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制備鎂及鈣的方法，其特征是，所述的絕對壓力P的量綱為Pa，溫度T的量綱為K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制備鎂及鈣的方法，其特征是，所述的煅白是煅燒白云石。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制備鎂及鈣的方法，其特征是，所述的還原劑是單質(zhì)碳或在高溫下能產(chǎn)生碳的物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制備鎂及鈣的方法，其特征是，還原劑單質(zhì)碳的碳物質(zhì)量是煅白中氧化鈣物質(zhì)量和氧化鎂物質(zhì)量總和的1-2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制備鎂及鈣的方法，其特征是，反應(yīng)產(chǎn)生的CO作為燃料為熱還原反應(yīng)礦石的熱分解提供熱能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原 制備鎂及鈣的方法，其特征是，還原反應(yīng)過程中，強制擾動還原te內(nèi)的物料。
全文摘要
一種碳熱還原制備鎂及鈣的方法，屬于金屬冶煉領(lǐng)域。工藝步驟為根計算煅白、還原劑及助劑等反應(yīng)物料，將反應(yīng)物制粉并混合均勻，將反應(yīng)物粉末壓制成塊并放入還原罐中；反應(yīng)物在罐內(nèi)絕對壓力P為1-20Pa、溫度T為1300-2000K的條件下進(jìn)行熱還原反應(yīng)；先后分別收集還原出的金屬蒸汽并冷凝得到凝聚態(tài)的鎂和鈣。該方法制造流程短，殘渣少，是一種資源、能源利用率高的金屬制備方法。
文檔編號C22B5/10GK103205573SQ20131016267
公開日2013年7月17日 申請日期2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月6日
發(fā)明者謝衛(wèi)東, 馬欣, 潘佳, 魏國兵, 彭曉東, 汪浩, 張璽, 胡發(fā)平 申請人:重慶大學(xué)