專利名稱：一種碳熱還原制鎂方法
技術(shù)領域：
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粉，按一定比例混合壓成團狀，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的壓強下進行還原得到鎂蒸氣，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)簡單，但存在著巨大的資源能源消耗和環(huán)境污染問題，主要有以下幾點原因:(1)在硅鐵作還原劑的情況下是靜態(tài)的“固-固”相反應環(huán)境，物料接觸不充分、傳質(zhì)傳熱 不暢，且反應殘渣會阻礙反應的進行，造成反應緩慢、還原率較低；(2)反應時間長達8-10個小時，在長時間高溫真空環(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，但也存在與皮江法類似“固-固”相反應環(huán)境帶來的系列問題。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)境污染嚴重等問題，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)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:I)準備反應物料: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溫度。單質(zhì)碳的量為熱還原反應化學計量點的0-8倍；含碳的合金的體積是其他組分的1-15倍，碳含量為化學計量點的1-2倍；CaF2質(zhì)量為其他組分總質(zhì)量的3%-5%。2)將反應物料經(jīng)計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的條件下進行熱還原反應，獲得金屬蒸氣。3)冷凝鎂蒸氣，在還原罐上方設有冷凝隔板，金屬氣體在隔板上凝結(jié)。4)反應完成后，還原爐內(nèi)的余留的鐵、錫、鈰、錳、碳等材料循環(huán)進入下一批次的熱還原流程。5)熱還原過程中強制擾動還原罐內(nèi)的物料。與現(xiàn)有熱還原法相比，該發(fā)明將原來的“固-固”相反應轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮?液”相反應，從而改變了質(zhì)量傳輸和熱量傳輸特性，使反應速率及還原率從根本上得到提高。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明的具體實施方式
。實施方式1:(I).反應物料: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20分鐘，獲得鎂蒸氣并冷凝、收集金屬鎂。(4).清理殘渣，回收剩余碳及合金。實施方式2:(I).反應物料有: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).保持相應溫度及壓強30分鐘，獲得鎂蒸氣并冷凝、收集金屬鎂。(4) 清理殘渣，回收剩余碳及合金。實施方式3:(I).反應物料有: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).保持相應溫度及壓強40分鐘，獲得鎂蒸氣并冷凝、收集金屬鎂。(4).清理殘渣，回收剩余碳及合金。實施方式4:(I).反應物料有: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).保持相應溫度及壓強30分鐘，獲得鎂蒸氣并冷凝、收集金屬鎂。(4) 清理殘渣，回收剩余碳及合金。
權(quán)利要求
1.一種碳熱還原制鎂方法，反應物料由氧化鎂、還原劑和助劑組成，將反應物料置入還原罐中，在壓力l-20Pa、溫度1000-1250°C下進行熱還原反應得到鎂蒸氣，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碳的化學計量點的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化學計量點的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，還原反應結(jié)束后，還原爐內(nèi)余留的鐵、錫、鈰、錳、碳等材料循環(huán)進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，熱還原過程中強制擾動還原罐內(nèi)的物料。 ·
全文摘要
一種碳熱還原制鎂方法，屬于金屬冶煉領域，工藝步驟為計算并計量待還原物料、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；冷凝鎂蒸氣得到凝聚態(tài)的鎂并收集；回收殘渣中的金屬及單質(zhì)碳重復利用或另做他用。該方法加熱及反應速度快、技術(shù)、經(jīng)濟、資源、環(huán)境優(yōu)勢明顯。
文檔編號C22B5/10GK103205583SQ20131016280
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, 胡發(fā)平, 張璽, 汪浩, 魏國兵, 彭曉東, 潘佳, 馬欣 申請人:重慶大學