專利名稱：一種碳熱還原制鎂方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱還原制備鎂的方法，屬于有色金屬冶煉領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，金屬鎂主要采用皮江法生產(chǎn)，該法是將煅燒白云石和硅鐵等磨成細(xì)粉，按一定比例混合壓成團(tuán)狀，裝入用耐熱合金制成的還原罐內(nèi)，在1150-1200°C的高溫及10-20Pa的壓強(qiáng)下進(jìn)行還原得到鎂蒸氣，冷凝后成為結(jié)晶鎂，再熔化制成鎂錠。皮江法雖然投資小、見效快、技術(shù)簡(jiǎn)單，但存在著巨大的資源能源消耗和環(huán)境污染問(wèn)題，主要有以下幾點(diǎn)原因:(1)在硅鐵作還原劑的情況下是靜態(tài)的“固-固”相反應(yīng)環(huán)境，物料接觸不充分、傳質(zhì)傳熱 不暢，且反應(yīng)殘?jiān)鼤?huì)阻礙反應(yīng)的進(jìn)行，造成反應(yīng)緩慢、還原率較低；(2)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8-10個(gè)小時(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間高溫真空環(huán)境下還原罐耗損很快且燃料消耗很大；(3)硅做為還原劑進(jìn)一步增加成本。碳還原法具有還原劑成本低，副產(chǎn)物渣相少等優(yōu)點(diǎn)，但也存在與皮江法類似“固-固”相反應(yīng)環(huán)境帶來(lái)的系列問(wèn)題。本發(fā)明是一種使用成本較低的碳做還原劑且能形成“固-液”相反映環(huán)境的熱還原煉鎂新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的熱還原制備金屬鎂方法中的資源、能源消耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，提供一種碳為還原劑且能形成“固-液”相反映環(huán)境的熱還原煉鎂新方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:I)準(zhǔn)備反應(yīng)物料:原料有鍛燒白云石、還原劑、助劑。還原劑為含碳的合金及單質(zhì)碳的混合物，含碳的合金組成為:碳0.6-8%wt、鐵92.0-99.4%wt、及錳、錫、鈰中的一種或幾種，該合金的固相線溫度為500-1250°C且不高于熱還原反應(yīng)溫度。單質(zhì)碳的量為熱還原反應(yīng)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的0-8倍；含碳的合金的體積是其他組分的1-15倍，碳含量為化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的1-2倍；CaF2質(zhì)量為其他組分總質(zhì)量的3%-5%。2)將反應(yīng)物料經(jīng)計(jì)算稱重后混合均勻裝入還原罐，在真空度為l_20Pa，溫度為1000-1250°C的條件下進(jìn)行熱還原反應(yīng)，獲得金屬蒸氣。3)冷凝鎂蒸氣，在還原罐上方設(shè)有冷凝隔板，金屬氣體在隔板上凝結(jié)。4)反應(yīng)完成后，還原爐內(nèi)的余留的鐵、錫、鈰、錳、碳等材料循環(huán)進(jìn)入下一批次的熱還原流程。5)熱還原過(guò)程中強(qiáng)制擾動(dòng)還原罐內(nèi)的物料。與現(xiàn)有熱還原法相比，該發(fā)明將原來(lái)的“固-固”相反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮?液”相反應(yīng)，從而改變了質(zhì)量傳輸和熱量傳輸特性，使反應(yīng)速率及還原率從根本上得到提高。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)施方式1:(I).反應(yīng)物料:生鐵(含碳量為4.3%wt)500g、碳單質(zhì)20g、煅白212g、氟化鈣22g。(2).將反應(yīng)物料混合均勻并加入還原爐中，將爐內(nèi)溫度調(diào)到1230°C、壓力調(diào)到IOPa0(3).反應(yīng)20分鐘，獲得鎂蒸氣并冷凝、收集金屬鎂。(4).清理殘?jiān)?，回收剩余碳及合金。?shí)施方式2:(I).反應(yīng)物料有:生鐵(含碳量為4.3%wt) 500g、碳單質(zhì)10g、煅白150g、氟化鈣19g、鈰IOOg0(2).將反應(yīng)物料混合均勻并加入還原爐中，將爐內(nèi)溫度調(diào)到1200°C、壓力調(diào)到IOPa0(3).保持相應(yīng)溫度及壓強(qiáng)30分鐘，獲得鎂蒸氣并冷凝、收集金屬鎂。(4) 清理殘?jiān)?，回收剩余碳及合金。?shí)施方式3:(I).反應(yīng)物料有:生鐵(含碳量為3.0%wt)1000g、碳單質(zhì)100g、煅白500g、氟化鈣50g、錫100g、,孟 50g。 (2).將反應(yīng)物料混合均勻并加入還原爐中，將爐內(nèi)溫度調(diào)到1200°C、壓力調(diào)到IOPa0(3).保持相應(yīng)溫度及壓強(qiáng)40分鐘，獲得鎂蒸氣并冷凝、收集金屬鎂。(4).清理殘?jiān)?，回收剩余碳及合金。?shí)施方式4:(I).反應(yīng)物料有:生鐵(含碳量為3.5%wt)600g、碳單質(zhì)50g、煅白480g、錫20g、錳10g、鋪30g。(2).將反應(yīng)物料混合均勻并加入還原爐中，將爐內(nèi)溫度調(diào)到1200°C、壓力調(diào)到IOPa0(3).保持相應(yīng)溫度及壓強(qiáng)30分鐘，獲得鎂蒸氣并冷凝、收集金屬鎂。(4) 清理殘?jiān)?，回收剩余碳及合金?br> 權(quán)利要求
1.一種碳熱還原制鎂方法，反應(yīng)物料由氧化鎂、還原劑和助劑組成，將反應(yīng)物料置入還原罐中，在壓力l-20Pa、溫度1000-1250°C下進(jìn)行熱還原反應(yīng)得到鎂蒸氣，冷凝鎂蒸氣得到固態(tài)金屬鎂，其特征是，還原劑為含碳的合金及單質(zhì)碳的混合物，含碳的合金組成為:碳0.6-8.0%wt、鐵92.0-99.4%wt、及錳、錫、鈰中的一種或幾種，該合金的固相線溫度為500-1250°C且不高于熱還原反應(yīng)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制鎂方法，其特征是，所述的含碳的合金及單質(zhì)碳的混合物中碳的總量為碳熱還原氧化鎂反應(yīng)碳的化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的1-10倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制鎂方法，其特征是，所述的單質(zhì)碳的量為熱還原反應(yīng)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的0-8倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制鎂方法，其特征是，反應(yīng)物料中含碳的合金的體積是其他組分的1-15倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制鎂方法，其特征是，所述的待還原物料為富含氧化鎂的煅燒白云石。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制鎂方法，其特征是，還原反應(yīng)結(jié)束后，還原爐內(nèi)余留的鐵、錫、鈰、錳、碳等材料循環(huán)進(jìn)入下一批次的熱還原流程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱還原制鎂方法，其特征是，熱還原過(guò)程中強(qiáng)制擾動(dòng)還原罐內(nèi)的物料。 ·
全文摘要
一種碳熱還原制鎂方法，屬于金屬冶煉領(lǐng)域，工藝步驟為計(jì)算并計(jì)量待還原物料、還原劑、助劑，其中還原劑為含碳合金及其與單質(zhì)碳的混合物，待還原物料為煅白或其他富含氧化鎂的物質(zhì)，將反應(yīng)物混合均勻放入還原罐中，在壓力1-20Pa、溫度1000-1250℃條件下反應(yīng)；冷凝鎂蒸氣得到凝聚態(tài)的鎂并收集；回收殘?jiān)械慕饘偌皢钨|(zhì)碳重復(fù)利用或另做他用。該方法加熱及反應(yīng)速度快、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境優(yōu)勢(shì)明顯。
文檔編號(hào)C22B5/10GK103205583SQ20131016280
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)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, 胡發(fā)平, 張璽, 汪浩, 魏國(guó)兵, 彭曉東, 潘佳, 馬欣 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)