本發(fā)明涉及一種煉鎂工藝，具體涉及一種真空微波煉鎂的方法。
背景技術(shù)：
鎂屬于輕金屬，具有優(yōu)良的綜合性能，具有比重輕、比強度高、比剛度大、電磁屏蔽性好、抗振減振性強、切削加工性能和成型性能好、易回收再利用等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于高鐵、汽車、摩托車、3C產(chǎn)品、手動工具、航空航天及國防軍工等領(lǐng)域。
目前，原鎂冶煉普遍采用皮江法工藝，白云石經(jīng)過煅燒后得到煅白，煅白與還原劑硅鐵、礦化劑螢石一起磨粉、造球，然后送入還原罐中進行固相還原反應(yīng)。皮江法大多采用煤氣、蘭炭氣等為燃料對還原罐進行加熱。由于煅白等原料的傳熱性差，因此還原過程中將原料加熱至還原反應(yīng)所需溫度的時間很長，實際生產(chǎn)中還原工序所需時間通常在8-10小時，因此還原反應(yīng)過程的能耗非常高、能源效率低。此外在皮江法煉鎂過程中，煅燒和還原是不連續(xù)的，白云石在煅燒之后需要經(jīng)過冷卻、研磨、造球，才能進行還原，這也造成了大量能源的損耗。皮江法在煅燒時，還產(chǎn)生大量CO2對外排放，造成環(huán)境污染和溫室氣體大量增加。因此皮江法煉鎂能耗高、能效低、環(huán)境污染嚴重的問題，成為原鎂冶煉領(lǐng)域亟待解決的重要課題。
微波是一種清潔、高效的能源，與采用燃煤、燃氣、電阻、電磁等加熱方式相比較，微波對于粉狀礦石的加熱尤其有效，所以將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于鎂的冶煉，對于提高能效、降低能耗有十分顯著的作用。
將微波加熱引入原鎂冶煉是一種提高能效的有效方法。專利申請?zhí)枮镃N200810232855.1公開了一種微波加熱皮江法煉鎂的工藝，主要包括如下步驟：1.白云石煅燒：將白云石加熱至1100-1200℃，燒成煅白；2.將煅白、硅鐵粉和螢石粉計量配料、粉磨，然后壓制成符合工藝要求的球團；3.將球團放置在微波加熱爐中的密閉非金屬還原罐中加熱，加熱溫度在1000℃-1200℃之間，使球團中的鎂化合物與硅鐵粉發(fā)生反應(yīng)；4.保持密閉非金屬還原罐的真空度至13.3Pa或更高，持續(xù)時間在4-6小時，鎂蒸氣在冷凝器中冷凝后成為粗鎂。上述煉鎂方法實際應(yīng)用時效果并不佳，主要原因是在鎂冶煉時，由于白云石等原料的微波吸波性能差，盡管硅鐵有較好的微波吸波性能，但由于硅鐵占原料總量的比例較小，所以如果直接采用微波對于原料進行加熱，原料的溫度上升速度較慢，加熱效果較差。此外，上述煉鎂方法在原鎂冶煉過程中煅燒、還原是不連續(xù)的，這也將導(dǎo)致能耗的增加。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種真空微波煉鎂的方法，通過添加輔助加熱材料，在煅燒和還原工藝時采用微波加熱，所需時間明顯縮短，能耗大幅度下降,能源效率提高。
實現(xiàn)本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：
一種真空微波煉鎂的方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)制備球團：將含碳酸鎂的礦石、還原劑和礦化劑分別進行破碎、研磨，然后按照氧化鎂還原反應(yīng)所需的合理比例配料混合，得到第一混合物；同時將輔助加熱材料進行破碎、研磨，將輔助加熱材料與第一混合物按照(5-100)：100的重量比進行混合，得到第二混合物，將第二混合物進行擠壓造球，得到球團；
2)預(yù)抽真空：將球團裝入密閉的具有微波加熱器的冶煉爐中，該冶煉爐連接真空泵系統(tǒng)；啟動真空泵預(yù)抽真空；
3)煅燒：當冶煉爐預(yù)抽真空度達到500Pa絕對壓力以下之后，開啟微波加熱器進行微波加熱煅燒；煅燒溫度控制在700℃-1100℃，煅燒真空度控制在300Pa-5KPa，煅燒時間為1-4小時；
4)還原：當煅燒結(jié)束后，控制真空度至100Pa絕對壓力以下，控制微波加熱的溫度至1100℃以上，并保持真空度和溫度，使得球團內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過冷凝收集，得到金屬鎂；還原反應(yīng)的時間0.5-4小時。
作為優(yōu)選，所述含碳酸鎂的礦石為白云石或菱鎂礦，或者是，所述含碳酸鎂的礦石為菱鎂礦與石灰石的混合物。
作為優(yōu)選，所述還原劑為硅鐵、煤炭、焦炭、蘭炭、金屬鋁、鋁合金、鋁土礦和碳化鈣中的一種。
作為優(yōu)選，所述礦化劑為螢石、氟化鎂、氟化鋁和氟化鈉中的一種。
作為優(yōu)選，所述輔助加熱材料為碳化硅、煤炭、焦炭、蘭炭、鐵粉末、氧化鎂和石墨中的一種；輔助加熱材料是一種微波的吸波材料，且不會對氧化鎂的還原反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。
作為優(yōu)選，步驟1)中，將含碳酸鎂的礦石、還原劑、礦化劑分別進行破碎、研磨，研磨成粉后粒度小于100目；將輔助加熱材料進行破碎、研磨，研磨成粉后粒度小于40目。
作為優(yōu)選，步驟2)中，所述冶煉爐是一個密封的容器，內(nèi)置坩堝和預(yù)熱裝置，還設(shè)有微波加熱器對于坩堝內(nèi)原料進行加熱；所述冶煉爐外接真空泵系統(tǒng)；球團經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱之后裝入坩堝內(nèi)，通過微波加熱器對坩堝內(nèi)的球團進行微波加熱。所述真空泵系統(tǒng)可以是射流泵式真空裝置或機械泵式真空裝置。
作為優(yōu)選，步驟3)中，微波加熱煅燒分為兩階段進行，第一階段：先控制煅燒溫度為700-900℃，煅燒時間為0.5-2小時；第二階段：再將煅燒溫度提升到900-1100℃，煅燒時間為0.5-2小時。
作為優(yōu)選，步驟3)中，煅燒時含碳酸鎂的礦石分解產(chǎn)生的氣體(主要是CO2)經(jīng)過預(yù)熱器對其中球團進行預(yù)熱，然后通過真空系統(tǒng)排出后，送入CO2氣體收集裝置，經(jīng)過冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO2。
作為優(yōu)選，步驟4)中，還原反應(yīng)過程中，控制真空度在100Pa絕對壓力以下，溫度在1100-1650℃。
本發(fā)明的有益效果在于：
1、皮江法在鎂冶煉過程中主要工藝包括煅燒工藝和還原工藝。煅燒時，含碳酸鎂的礦石分解出CO2氣體。白云石煅燒時反應(yīng)式如下：
CaCO3.MgCO3＝CaO.MgO+2CO2
CaCO3＝CaO+CO2
MgCO3＝MgO+CO2
還原時反應(yīng)式如下：
2(CaO.MgO)+Si＝2Mg+2CaO.SiO2
通過白云石煅燒和還原，得到鎂蒸汽，鎂蒸汽通過冷凝收集，就可以獲得金屬鎂。鎂冶煉在煅燒和還原過程中，需要消耗大量能量。在采用微波加熱時，針對白云石、菱鎂礦等原料的微波吸波性能差，加熱效果較差的問題，我們在原料之中加入輔助加熱材料，這種材料要求具有良好的微波吸波性能，在微波場中升溫速度快，同時要求輔助加熱材料不會對氧化鎂的還原反應(yīng)產(chǎn)生不良影響。加入輔助加熱材料之后，原料的微波吸收性能將明顯提升，微波加熱時升溫速度提高。與煤氣、蘭炭氣等對還原罐外加熱方法相比較，在煅燒和還原工藝時采用微波加熱，所需時間明顯縮短，能耗大幅度下降,能源效率提高。
2、煅燒時，MgCO3和CaCO3在高溫下分解，但分解溫度約有不同，白云石熱分解是分階段的，因此煅燒分為兩個階段進行，第一階段：先控制煅燒溫度為700-900℃，煅燒時間為0.5-2小時；第二階段：再將煅燒溫度提升到900-1100℃，煅燒時間為0.5-2小時。這種煅燒方式可以降低能耗。
此外，在原料球團煅燒時，由于還原劑、輔助加熱材料在高溫時容易氧化，例如，如果采用硅鐵作為還原劑、焦炭作為輔助加熱材料，在高溫環(huán)境中，如果存在氧氣，則會與硅鐵、焦炭發(fā)生氧化反應(yīng)。包括如下反應(yīng)式：
Si+O2＝SiO2
2Si+O2＝2SiO
2SiO+O2＝2SiO2
C+O2＝CO2
2C+O2＝2CO
氧化反應(yīng)使硅鐵的還原性能下降、焦炭的輔助加熱性能下降。對于坩堝也會產(chǎn)生不良影響。對此本發(fā)明提出預(yù)抽真空和控制煅燒真空度的方法，通過對冶煉爐預(yù)抽真空和控制煅燒時的真空度，使得煅燒時冶煉爐內(nèi)氧氣大幅度下降，硅鐵、焦炭就不易發(fā)生氧化反應(yīng)，保證了輔助加熱性能和還原工藝的順利進行，也提高了坩堝的使用壽命。
3、本發(fā)明在煅燒時含碳酸鎂的礦石分解產(chǎn)生CO2氣體的溫度高、純度高，可以用于原料的預(yù)熱和收集使用。煅燒時產(chǎn)生的氣體(主要是CO2)經(jīng)過預(yù)熱器對其中球團進行預(yù)熱，然后通過真空泵系統(tǒng)排出后，送入CO2氣體收集裝置，經(jīng)過冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO2，達到資源充分利用和節(jié)能減排的目的。
具體實施方式
下面，結(jié)合具體實施方式，對本發(fā)明做進一步描述：
本發(fā)明實施例中，采用白云石為礦石原料，白云石的主要成分如下：MgO 20.9％，CaO 32.1％，SiO2 0.08％，Al2O3 0.018％，F(xiàn)e2O3 0.16％，MnO 0.032％,K2O 0.006％，Na2O 0.019％。
實施例1：
一種真空微波煉鎂的方法，包括以下步驟：
1)制備球團：采用白云石為礦石原料，硅鐵為還原劑，螢石為礦化劑，蘭炭為輔助加熱材料；將白云石、硅鐵、螢石分別進行破碎、研磨，研磨后粒度小于100目，然后將白云石、硅鐵、螢石按照100：(10-13)：(2-3)的重量比進行混合，得到第一混合物；同時將蘭炭進行破碎、研磨，研磨后粒度小于60目，將蘭炭與第一混合物按照30：100的重量比進行混合，得到第二混合物，將第二混合物進行擠壓造球，得到球團；
2)預(yù)抽真空：將球團裝入具有微波加熱器的冶煉爐中，該冶煉爐連接射流泵式真空系統(tǒng)；啟動真空泵預(yù)抽真空；
3)煅燒：當冶煉爐預(yù)抽真空達到500Pa絕對壓力以下后，開啟微波加熱器進行微波加熱煅燒；微波加熱煅燒分為兩階段進行，第一階段：先控制煅燒溫度為850℃，煅燒時間為1小時；第二階段：再將煅燒溫度提升到1000℃，煅燒時間為1小時；煅燒真空度控制在300Pa-5KPa。煅燒時白云石分解產(chǎn)生的CO2氣體經(jīng)過預(yù)熱器對其中球團進行預(yù)熱，然后通過真空泵系統(tǒng)排出后，送入CO2氣體收集裝置，經(jīng)過冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO2。
4)還原：當煅燒結(jié)束后，控制真空度至13Pa絕對壓力以下，控制微波加熱的溫度至1200℃，并保持真空度和溫度，使得球團內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過結(jié)晶器冷凝收集，得到結(jié)晶鎂；還原反應(yīng)的時間1.5小時，金屬鎂還原率為88％。
實施例2
一種真空微波煉鎂的方法，包括以下步驟：
1)制備球團：采用白云石為礦石原料，硅鐵為還原劑，螢石為礦化劑，碳化硅為輔助加熱材料；將白云石、硅鐵、螢石分別進行破碎、研磨，研磨后粒度小于200目，然后將白云石、硅鐵、螢石按照100：(10-13)：(2-3)的重量比進行混合，得到第一混合物；同時將碳化硅進行破碎、研磨，研磨后粒度小于150目，將碳化硅與第一混合物按照20：100的重量比進行混合，得到第二混合物，將第二混合物進行擠壓造球，得到球團；
2)預(yù)抽真空：將球團裝入具有微波加熱器的冶煉爐中，該冶煉爐連接射流泵式真空系統(tǒng)；啟動真空泵預(yù)抽真空；
3)煅燒：當冶煉爐預(yù)抽真空達到500Pa絕對壓力以下之后，開啟微波加熱器進行微波加熱煅燒；微波加熱煅燒分為兩階段進行，第一階段：先控制煅燒溫度為800℃，煅燒時間為1.5小時；第二階段：再將煅燒溫度提升到950℃，煅燒時間為1.5小時；煅燒真空度控制在300Pa-5KPa。煅燒時白云石解產(chǎn)生的CO2氣體經(jīng)過預(yù)熱器對其中球團進行預(yù)熱，然后通過真空系統(tǒng)排出后，送入CO2氣體收集裝置，經(jīng)過冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO2。
4)還原：當煅燒結(jié)束后，控制真空度至13Pa絕對壓力以下，控制微波加熱的溫度至1150℃，并保持真空度和溫度，使得球團內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過結(jié)晶器冷凝收集，得到結(jié)晶鎂；還原反應(yīng)的時間2小時，金屬鎂還原率為91％。
實施例3
一種真空微波煉鎂的方法，包括以下步驟：
1)制備球團：采用白云石為礦石原料，焦炭為還原劑，螢石為礦化劑，輔助加熱材料也采用焦炭；將白云石、焦炭、螢石分別進行破碎、研磨，研磨后粒度小于200目，然后將白云石、螢石按照100：2的重量比進行混合，得到第一混合物；然后將焦炭與第一混合物按照45：100的重量比進行混合，得到第二混合物，將第二混合物進行擠壓造球，得到球團；
2)預(yù)抽真空：將球團裝入具有微波加熱器的冶煉爐中，該冶煉爐連接射流泵式真空系統(tǒng)；啟動真空泵預(yù)抽真空；
3)煅燒：當冶煉爐預(yù)抽真空達到500Pa絕對壓力以下之后，開啟微波加熱器進行微波加熱煅燒；微波加熱煅燒分為兩階段進行，第一階段：先控制煅燒溫度為850℃，煅燒時間為1小時；第二階段：再將煅燒溫度提升到1000℃，煅燒時間為1小時；煅燒真空度控制在300Pa-5KPa。煅燒時白云石分解產(chǎn)生的CO2氣體經(jīng)過預(yù)熱器對其中球團進行預(yù)熱，然后通過真空系統(tǒng)排出后，送入CO2氣體收集裝置，經(jīng)過冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO2。
4)還原：當煅燒結(jié)束后，控制真空度至20Pa絕對壓力以下，控制微波加熱的溫度至1600℃，并保持真空度和溫度，使得球團內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過冷凝收集，得到金屬鎂；還原反應(yīng)的時間3小時。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。