專(zhuān)利名稱(chēng)：以硼鎂石為原料真空熱還原法制取金屬鎂及富硼料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空金屬熱還原煉鎂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用低硅高鎂硼鎂石真空熱還 原法生產(chǎn)金屬鎂和富硼料的方法。
背景技術(shù)：
硼鎂石是一種主要成分為硼酸鎂的含鎂和硼的礦物，目前硼鎂石的利用主要是通 過(guò)碳?jí)A法生產(chǎn)硼砂，該方法在浸出過(guò)程中硼的回收率較低，且只能將硼鎂石中的硼加以利 用，而大量鎂進(jìn)入渣(即硼泥)中，生產(chǎn)硼砂過(guò)程中產(chǎn)生大量的硼泥，目前硼泥尚未得到有 效利用，只能堆積處理對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。在無(wú)堿玻璃纖維工業(yè)中，無(wú)堿玻璃纖維是一種由B203、CaO, SiO2和Al2O3等物質(zhì)組 成的化合物，其中要求氧化硼含量為8. 8%,目前玻璃纖維中的硼都是以硼酸或硼酸鈣的形 式加入，這兩種產(chǎn)品價(jià)格昂貴造成無(wú)堿玻璃纖維成本較高，因此多年來(lái)建材行業(yè)一直想用 硼鎂石作為硼酸或硼酸鈣的代用品降低無(wú)堿玻璃纖維的成本，但均因?yàn)榕疰V石中鎂含量過(guò) 高而未能成功。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種以低硅高鎂硼鎂石為原料真空熱還原法制取金屬 鎂同時(shí)副產(chǎn)低鎂富硼料的方法。本發(fā)明采用鋁粉為還原劑，以硼鎂石和石灰石為原料，經(jīng)煅 燒后通過(guò)真空熱還原工藝，可得到金屬鎂和渣塊，其渣塊經(jīng)磨細(xì)后用堿液浸出，其中的氧化 鋁得到Al (OH)3和低鎂富硼料兩種產(chǎn)品。該低鎂富硼料，可代替硼酸用作生產(chǎn)無(wú)堿玻璃纖 維的原料。這樣使低硅硼鎂石得到了高度地綜合利用，不僅可以獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益，而且 可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。本發(fā)明的主要技術(shù)方法大體上可分為兩步，第一步是對(duì)硼鎂石進(jìn)行真空熱還原提 取金屬鎂副產(chǎn)低鎂高硼的渣塊，第二步是對(duì)熱還原后所產(chǎn)生的渣塊進(jìn)行浸出，并對(duì)浸出液 采用種分或碳分的方法得到Al (OH)30實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體方法包括以下步驟1、工藝采用低硅高鎂硼鎂石或者經(jīng)浮選脫硅后的低硅高鎂硼鎂石，其中MgO > 30%, SiO2 < 10%。以低硅硼鎂石和石灰石為原料進(jìn)行配料，在配料時(shí)要根據(jù)低硅硼鎂石中Mg0、B203、 SiO2, Al2O3和CaO的化學(xué)組成配入石灰石，其石灰石的配入量要按這兩種混合物料在高溫 煅燒時(shí)生成的CaO滿(mǎn)足下列幾種化學(xué)反應(yīng)對(duì)CaO的需求。①要使所配入的CaO能和硼鎂石中的B2O3按如下反應(yīng)生成3Ca0 · B2O3 3Ca0+B203 = 3Ca0 · B2O3(1)②要使CaO與硼鎂石中的雜質(zhì)SiO2按如下反應(yīng)生成2Ca0 · SiO2 2Ca0+Si02 = 2Ca0 · SiO2(2)③要使CaO按如下反應(yīng)，用鋁進(jìn)行真空還原MgO時(shí)對(duì)CaO的需求量
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12Ca0+21Mg0+14Al = 21Mg+12Ca0 · 7A1203 (3)或Ca0+3Mg0+2Al= 3Mg+Ca0 · Al2O3 (4)或CaO+6MgO+4Al= 6Mg+Ca0 · 2A1203 (5)或Ca0+18Mg0+12Al= 18Mg+Ca0 · 6A1203 (6)2、首先將配好的硼鎂石和石灰石破碎后放入磨細(xì)裝置中進(jìn)行磨細(xì)，磨細(xì)至粒徑小 于 0. 2mmο3.將磨細(xì)后的原料制成團(tuán)塊，然后將制成的團(tuán)塊放入爐中煅燒，煅燒溫度為 700 °C 1100°C。4.將煅燒后的團(tuán)塊粉碎至粒徑小于0. 2mm,然后與粒徑小于0. 2mm的鋁粉混合均 勻，并壓制成團(tuán)塊，其中鋁粉配入量按反應(yīng)式(3)或(4)或(5)或(6)配入，并比反應(yīng)需要 的理論量過(guò)量1_10%，若還原劑為鋁鎂合金粉則還原劑只計(jì)算合金粉中的鋁量，以鋁量計(jì) 算比理論量過(guò)量1_10%。5.將壓制好的團(tuán)塊置于帶有鎂結(jié)晶器的高溫真空還原反應(yīng)爐中在小于20_80Pa 的真空條件下和900 1300°C的溫度條件下進(jìn)行真空還原，還原反應(yīng)得到兩種產(chǎn)物， 一種是生成的氣態(tài)金屬鎂，而后在鎂結(jié)晶器上冷凝結(jié)晶成固態(tài)鎂，另一種為主要由 12Ca0 · 7A1203或CaO · Al2O3或CaO · 2A1203或CaO · 6A1203或之前幾種的兩種或三種或四 種的混合物與3Ca0 · B2O3和2Ca0 · SiO2化合組成的渣塊。6.將獲得的渣塊磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm，然后將此磨細(xì)的渣料放入由Na2CO3或 Na2CO3與NaOH組成的溶液中，在50_300°C的溫度下，將渣料的Al2O3以NaAl (OH) 4的形式被 浸出于溶液中，渣料中與氧化鋁結(jié)合的CaO以CaCO3的形式沉淀出來(lái)，而渣料中的3Ca0 -B2O3 等組分不參與反應(yīng)而留在浸出后剩余的沉淀泥渣中，將浸出液與泥渣過(guò)濾分離，濾液為含 有少量Na2CO3和NaOH的NaAl (OH) 4溶液，濾漁主要為3Ca0 · B2O3^CaCO3和2Ca0 · SiO2組成 的混合物，這種混合物經(jīng)烘干后可作為生產(chǎn)無(wú)堿玻璃纖維的原料。過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl (OH)4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使 NaAl (OH)4分解成為氫氧化鋁(Al (OH) 3)。如果用種分分解則需向含有NaAl (OH)4的溶液 中加入Al (OH)3晶種進(jìn)行晶種種分分解，使NaAl (OH)4分解成Al (OH)3和Na(OH)，溶液中 種分分解后生成的Al (OH)3經(jīng)過(guò)濾分離后得到產(chǎn)品Al (OH)3濾液則由Na(OH)以及部分未 分解的NaAl (OH)4組成，生成的Al (OH)3大部分可作為最終產(chǎn)品，部分作為晶種返回到晶種 分解容器中去種分分解NaAl (OH)40如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將生成的Al (OH)3在 800oC -IOOO0C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即可。如果從渣料中浸出的NaAl (OH) 4溶液采用碳分分解生產(chǎn)Al (OH) 3，則需向 NaAl (OH) 4浸出液中通入CO2氣體進(jìn)行碳分分解，使NaAl (OH) 4分解生成Al (OH) 3和Na2C03。 碳分過(guò)程所需的CO2來(lái)自于石灰石和硼鎂石煅燒過(guò)程生成的CO2副產(chǎn)物。碳分分解生成的 Al (OH)3經(jīng)過(guò)濾與碳分后生成的Na2CO3溶液分離，即形成商品氫氧化鋁，如果需要最終的產(chǎn) 品為Al2O3，可將生成的Al (OH) 3在800°C -1000°C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即 可得到氧化鋁產(chǎn)品。上述方法中還原劑鋁粉可為回收的廢鋁所生產(chǎn)的鋁粉，或鋁鎂合金粉。本發(fā)明提供的一種利用硼鎂石提取金屬鎂并獲得低鎂富硼料的方法，可以使硼鎂 石礦得到綜合利用。


圖1本發(fā)明中熱還原提煉金屬鎂的工藝流程圖；圖2真空熱還原的渣塊進(jìn)行浸出并對(duì)浸出液進(jìn)行種分的工藝流程圖；圖3對(duì)真空熱還原的渣塊進(jìn)行浸出并對(duì)浸出液進(jìn)行碳分的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中采用的原料低硅的天然硼鎂石或經(jīng)浮選脫硅后的低硅硼鎂石，其石灰石 為低硅的天然石灰石，也可以為其它化工部門(mén)副產(chǎn)的純度較高的人工合成CaC03。還原劑 為工業(yè)鋁粉或工業(yè)鋁鎂合金粉，也可以為由回收的鋁或鋁鎂合金制備的粉料，其粒徑小于 0. 2mm，具體實(shí)施方案如下實(shí)施例1以天然低硅硼鎂石和石灰石為原料，以小于0. 2mm的鋁粉為還原劑的真空鋁熱還 原制取金屬鎂。分析硼鎂石的成分，并根據(jù)硼鎂石中Mg0、B203、SiO2Ul2O3和CaO的化學(xué)組成配入 石灰石，要使所配入的CaO能夠滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)方程式(1)、(2)、(3)對(duì)CaO的需求量。即要 使配入的CaO足夠和B2O3生成3Ca0 · B2O3，和SiO2生成2Ca0 · SiO2,和還原反應(yīng)中與Al2O3 生成12Ca0 · 7A1203對(duì)CaO的需求量。將上述兩種原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料裝置中進(jìn)行磨細(xì)，也可 以將上述兩種原料分別進(jìn)行破碎磨細(xì)然后再配料混合均勻。然后將磨細(xì)的原料制成團(tuán)塊， 并在70(rc iioo°c溫度條件下煅燒。將煅燒后的熟料破碎磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm,與粒徑小于0. 2mm的鋁粉進(jìn)行混合 并壓制成團(tuán)，鋁粉的配入量應(yīng)比按反應(yīng)方程式(3)的理論配入量過(guò)量1 10%。實(shí)際配入 量之所以要比理論配入量多是因?yàn)殇X粉中常含有一些被氧化的氧化鋁，另外，還原劑鋁粉 在還原反應(yīng)中還會(huì)還原反應(yīng)物料中的某些金屬雜質(zhì)而使還原劑鋁粉產(chǎn)生額外的消耗。然后將混有還原劑鋁粉的團(tuán)塊料放入帶有鎂結(jié)晶器的高溫真空還原反應(yīng)爐內(nèi)， 在小于20-80Pa以下的真空壓力和900 1300°C的溫度條件下，物料中的CaO，MgO和Al 主要按化學(xué)反應(yīng)式(3)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)得到兩種產(chǎn)物，一種是反應(yīng)生成的氣態(tài)金屬鎂，氣 態(tài)的金屬鎂在鎂結(jié)晶器上冷凝結(jié)晶成結(jié)晶鎂，另一種是主要由3Ca0 · B203、2Ca0 · SiO2, 12Ca0 · 7A1203以及CaO · Al2O3等化合物組成的渣塊。將獲得的還原后的渣塊磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm，放入由Na2CO3或Na2CO3與NaOH 組成的溶液中，在50-300°C的溫度條件下進(jìn)行浸出，然后進(jìn)行過(guò)濾分離，濾渣主要為 3Ca0 · B2O3> CaCO3和2Ca0 · SiO2組成的混合物，濾渣烘干燥后作為生產(chǎn)無(wú)堿玻璃纖維的原 料。過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl (OH)4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使 NaAl (OH)4分解成為氫氧化鋁(Al (OH) 3)。如果用種分分解則需向含有NaAl (OH)4的溶液中 加入Al (OH) 3晶種進(jìn)行晶種種分分解，使NaAl (OH) 4分解成Al (OH) 3和Na (OH)，溶液中種分 分解后生成的Al (OH) 3經(jīng)過(guò)濾分離后得到產(chǎn)品Al (OH) 3濾液則由Na (OH)以及部分未分解的 NaAl (OH)4組成，生成的Al (OH)3大部分可作為最終產(chǎn)品，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將生成的Al (OH) 3在800°C -IOOO0C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即可。如果從渣料中浸出的NaAl (OH) 4溶液采用碳分分解生產(chǎn)Al (OH) 3，則需向 NaAl (OH) 4浸出液中通入CO2氣體進(jìn)行碳分分解，使NaAl (OH) 4分解生成Al (OH) 3和Na2C03。 碳分過(guò)程所需的CO2來(lái)自于石灰石和硼鎂石煅燒過(guò)程生成的CO2副產(chǎn)物。碳分分解生成的 Al (OH)3經(jīng)過(guò)濾與碳分后生成的Na2CO3溶液分離，即形成商品氫氧化鋁，如果需要最終的產(chǎn) 品為Al2O3，可將生成的Al (OH) 3在800°C -1000°C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即 可得到氧化鋁產(chǎn)品。實(shí)施例2用經(jīng)浮選脫硅處理后的硼鎂石和石灰石為原料，以粒徑小于0. 2mm的鋁粉為還原 劑，進(jìn)行真空熱還原。中國(guó)遼寧有大量高硅高鎂硼鎂石，這種礦石經(jīng)浮選降低硅含量后也可 直接通過(guò)真空熱還原提取金屬鎂，同時(shí)副產(chǎn)富硼料和氫氧化鋁或者氧化鋁。分析硼鎂石的成分，并根據(jù)硼鎂石中Mg0、B203、SiO2Ul2O3和CaO的化學(xué)組成配入 石灰石，要使所配入的CaO能夠滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)方程式(1)、(2)、(3)對(duì)CaO的需求量。即要 使配入的CaO足夠和B2O3生成3Ca0 · B2O3，和SiO2生成2Ca0 · SiO2,和還原反應(yīng)中與Al2O3 生成12Ca0 · 7A1203對(duì)CaO的需求量。將上述兩種原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料裝置中進(jìn)行磨細(xì)，也可 以將上述兩種原料分別進(jìn)行破碎磨細(xì)然后再配料混合均勻。然后將磨細(xì)的原料制成團(tuán)塊， 并在70(rc iioo°c溫度條件下煅燒。將煅燒后的熟料破碎磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm,與粒徑小于0. 2mm的鋁粉進(jìn)行混合 并壓制成團(tuán)，鋁粉的配入量應(yīng)比按反應(yīng)方程式(3)的理論配入量過(guò)量1 10%。實(shí)際配入 量之所以要比理論配入量多是因?yàn)殇X粉中常含有一些被氧化的氧化鋁，另外，還原劑鋁粉 在還原反應(yīng)中還會(huì)還原反應(yīng)物料中的某些金屬雜質(zhì)而使還原劑鋁粉產(chǎn)生額外的消耗。然后將混有還原劑鋁粉的團(tuán)塊料放入帶有鎂結(jié)晶器的高溫真空還原反應(yīng)爐內(nèi)， 在小于20-80Pa以下的真空壓力和900 1300°C的溫度條件下，物料中的CaO，MgO和Al 主要按化學(xué)反應(yīng)式(3)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)得到兩種產(chǎn)物，一種是反應(yīng)生成的氣態(tài)金屬鎂，氣 態(tài)的金屬鎂在鎂結(jié)晶器上冷凝結(jié)晶成結(jié)晶鎂，另一種是主要由3Ca0 · B203、2Ca0 · SiO2, 12Ca0 · 7A1203以及CaO · Al2O3等化合物組成的渣塊。將獲得的還原后的渣塊磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm，放入由Na2CO3或Na2CO3與NaOH 組成的溶液中，在50-300°C的溫度條件下進(jìn)行浸出，然后進(jìn)行過(guò)濾分離，濾渣主要為 3Ca0 · B2O3> CaCO3和2Ca0 · SiO2組成的混合物，濾渣烘干燥后作為生產(chǎn)無(wú)堿玻璃纖維的原 料。過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl (OH)4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使 NaAl (OH)4分解成為氫氧化鋁(Al (OH) 3)。如果用種分分解則需向含有NaAl (OH)4的溶液中 加入Al (OH) 3晶種進(jìn)行晶種種分分解，使NaAl (OH) 4分解成Al (OH) 3和Na (OH)，溶液中種分 分解后生成的Al (OH) 3經(jīng)過(guò)濾分離后得到產(chǎn)品Al (OH) 3濾液則由Na (OH)以及部分未分解的 NaAl (OH)4組成，生成的Al (OH)3大部分可作為最終產(chǎn)品，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將 生成的Al (OH) 3在800°C -IOOO0C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即可。如果從渣料中浸出的NaAl (OH) 4溶液采用碳分分解生產(chǎn)Al (OH) 3，則需向 NaAl (OH) 4浸出液中通入CO2氣體進(jìn)行碳分分解，使NaAl (OH) 4分解生成Al (OH) 3和Na2C03。
7碳分過(guò)程所需的CO2來(lái)自于石灰石和硼鎂石煅燒過(guò)程生成的CO2副產(chǎn)物。碳分分解生成的 Al (OH)3經(jīng)過(guò)濾與碳分后生成的Na2CO3溶液分離，即形成商品氫氧化鋁，如果需要最終的產(chǎn) 品為Al2O3，可將生成的Al (OH) 3在800°C -1000°C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即 可得到氧化鋁產(chǎn)品。實(shí)施例3以低硅硼鎂石和石灰石為原料，以粒徑小于0. 2mm的鋁鎂合金粉為還原劑，進(jìn)行
真空熱還原。分析硼鎂石的成分，并根據(jù)硼鎂石中Mg0、B203、SiO2Ul2O3和CaO的化學(xué)組成配入 石灰石，要使所配入的CaO能夠滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)方程式(1)、(2)、(3)對(duì)CaO的需求量。即要 使配入的CaO足夠和B2O3生成3Ca0 · B2O3，和SiO2生成2Ca0 · SiO2,和還原反應(yīng)中與Al2O3 生成12Ca0 · 7A1203對(duì)CaO的需求量。將上述兩種原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料裝置中進(jìn)行磨細(xì)，也可 以將上述兩種原料分別進(jìn)行破碎磨細(xì)然后再配料混合均勻。然后將磨細(xì)的原料制成團(tuán)塊， 并在70(rc iioo°c溫度條件下煅燒。將煅燒后的熟料破碎磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm,與粒徑小于0. 2mm的鋁鎂合金粉進(jìn) 行混合并壓制成團(tuán)。因?yàn)樵阡X鎂合金中能夠還原氧化鎂的有效成分只有鋁，所以在配料時(shí) 只計(jì)算合金中鋁的量，其配入量應(yīng)比按反應(yīng)方程式(3)的理論配入量過(guò)量1 10%。然后將混有還原劑鋁粉的團(tuán)塊料放入帶有鎂結(jié)晶器的高溫真空還原反應(yīng)爐內(nèi)， 在小于20-80Pa以下的真空壓力和900 1300°C的溫度條件下，物料中的CaO，MgO和Al 主要按化學(xué)反應(yīng)式(3)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)得到兩種產(chǎn)物，一種是反應(yīng)生成的氣態(tài)金屬鎂，氣 態(tài)的金屬鎂在鎂結(jié)晶器上冷凝結(jié)晶成結(jié)晶鎂，另一種是主要由3Ca0 · B203、2Ca0 · SiO2, 12Ca0 · 7A1203以及CaO · Al2O3等化合物組成的渣塊。過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl (OH)4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使 NaAl (OH)4分解成為氫氧化鋁(Al (OH) 3)。如果用種分分解則需向含有NaAl (OH)4的溶液中 加入Al (OH) 3晶種進(jìn)行晶種種分分解，使NaAl (OH) 4分解成Al (OH) 3和Na (OH)，溶液中種分 分解后生成的Al (OH) 3經(jīng)過(guò)濾分離后得到產(chǎn)品Al (OH) 3濾液則由Na (OH)以及部分未分解的 NaAl (OH)4組成，生成的Al (OH)3大部分可作為最終產(chǎn)品，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將 生成的Al (OH) 3在800°C -IOOO0C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即可。如果從渣料中浸出的NaAl (OH) 4溶液采用碳分分解生產(chǎn)Al (OH) 3，則需向 NaAl (OH) 4浸出液中通入CO2氣體進(jìn)行碳分分解，使NaAl (OH) 4分解生成Al (OH) 3和Na2C03。 碳分過(guò)程所需的CO2來(lái)自于石灰石和硼鎂石煅燒過(guò)程生成的CO2副產(chǎn)物。碳分分解生成的 Al (OH)3經(jīng)過(guò)濾與碳分后生成的Na2CO3溶液分離，即形成商品氫氧化鋁，如果需要最終的產(chǎn) 品為Al2O3，可將生成的Al (OH) 3在800°C -1000°C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即 可得到氧化鋁產(chǎn)品。實(shí)施例4以天然低硅硼鎂石和人工合成的CaCO3為原料，以粒徑為0. 2mm以下的鋁粉為還
原劑的真空鋁熱還原制取金屬鎂。分析硼鎂石的成分，并根據(jù)硼鎂石中Mg0、B203、SiO2Ul2O3和CaO的化學(xué)組成配入 CaCO3,要使所配入的CaO能夠滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)方程式(1)、(2)、(3)對(duì)CaO的需求量。即要使配入的CaO足夠和B2O3生成3Ca0 · B2O3，和SiO2生成2Ca0 · SiO2，和還原反應(yīng)中與Al2O3生 成12Ca0 · 7A1203對(duì)CaO的需求量。將上述兩種原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料裝置中進(jìn)行磨細(xì)，也可 以將上述兩種原料分別進(jìn)行破碎磨細(xì)然后再配料混合均勻。然后將磨細(xì)的原料制成團(tuán)塊， 并在70(rc iioo°c溫度條件下煅燒。將煅燒后的熟料破碎磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm,與粒徑小于0. 2mm的鋁粉進(jìn)行混合 并壓制成團(tuán)，鋁粉的配入量應(yīng)比按反應(yīng)方程式(3)的理論配入量過(guò)量1 10%。實(shí)際配入 量之所以要比理論配入量多是因?yàn)殇X粉中常含有一些被氧化的氧化鋁，另外，還原劑鋁粉 在還原反應(yīng)中還會(huì)還原反應(yīng)物料中的某些金屬雜質(zhì)而使還原劑鋁粉產(chǎn)生額外的消耗。然后將混有還原劑鋁粉的團(tuán)塊料放入帶有鎂結(jié)晶器的高溫真空還原反應(yīng)爐內(nèi)， 在小于20-80Pa以下的真空壓力和900 1300°C的溫度條件下，物料中的CaO，MgO和Al 主要按化學(xué)反應(yīng)式(3)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)得到兩種產(chǎn)物，一種是反應(yīng)生成的氣態(tài)金屬鎂，氣 態(tài)的金屬鎂在鎂結(jié)晶器上冷凝結(jié)晶成結(jié)晶鎂，另一種是主要由3Ca0 · B203、2Ca0 · SiO2, 12Ca0 · 7A1203以及CaO · Al2O3等化合物組成的渣塊。過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl (OH)4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使 NaAl (OH)4分解成為氫氧化鋁(Al (OH) 3)。如果用種分分解則需向含有NaAl (OH)4的溶液中 加入Al (OH) 3晶種進(jìn)行晶種種分分解，使NaAl (OH) 4分解成Al (OH) 3和Na (OH)，溶液中種分 分解后生成的Al (OH) 3經(jīng)過(guò)濾分離后得到產(chǎn)品Al (OH) 3濾液則由Na (OH)以及部分未分解的 NaAl (OH)4組成，生成的Al (OH)3大部分可作為最終產(chǎn)品，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將 生成的Al (OH) 3在800°C -IOOO0C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即可。如果從渣料中浸出的NaAl (OH) 4溶液采用碳分分解生產(chǎn)Al (OH) 3，則需向 NaAl (OH) 4浸出液中通入CO2氣體進(jìn)行碳分分解，使NaAl (OH) 4分解生成Al (OH) 3和Na2C03。 碳分過(guò)程所需的CO2來(lái)自于石灰石和硼鎂石煅燒過(guò)程生成的CO2副產(chǎn)物。碳分分解生成的 Al (OH)3經(jīng)過(guò)濾與碳分后生成的Na2CO3溶液分離，即形成商品氫氧化鋁，如果需要最終的產(chǎn) 品為Al2O3，可將生成的Al (OH) 3在800°C -1000°C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即 可得到氧化鋁產(chǎn)品。實(shí)施例5以天然低硅硼鎂石和石灰石為原料，以粒徑小于0. 2mm的鋁粉為還原劑的真空鋁 熱還原制取金屬鎂。分析硼鎂石的成分，并根據(jù)硼鎂石中Mg0、B203、SiO2Ul2O3和CaO的化學(xué)組成配入 石灰石，要使所配入的CaO能夠滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)方程式(1)、(2)、(4)對(duì)CaO的需求量。即要 使配入的CaO足夠和B2O3生成3Ca0 · B2O3，和SiO2生成2Ca0 · SiO2,和還原反應(yīng)中與Al2O3 生成CaO · Al2O3對(duì)CaO的需求量。將上述兩種原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料裝置中進(jìn)行磨細(xì)，也可 以將上述兩種原料分別進(jìn)行破碎磨細(xì)然后再配料混合均勻。然后將磨細(xì)的原料制成團(tuán)塊， 并在70(rc iioo°c溫度條件下煅燒。將煅燒后的熟料破碎磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm,與粒徑小于0. 2mm的鋁粉進(jìn)行混合 并壓制成團(tuán)，鋁粉的配入量應(yīng)比按反應(yīng)方程式(4)的理論配入量過(guò)量1 10%。實(shí)際配入 量之所以要比理論配入量多是因?yàn)殇X粉中常含有一些被氧化的氧化鋁，另外，還原劑鋁粉在還原反應(yīng)中還會(huì)還原反應(yīng)物料中的某些金屬雜質(zhì)而使還原劑鋁粉產(chǎn)生額外的消耗。然后將混有還原劑鋁粉的團(tuán)塊料放入帶有鎂結(jié)晶器的高溫真空還原反應(yīng)爐內(nèi)，在 小于20-80Pa以下的真空壓力和900 1300°C的溫度條件下，物料中的Ca0，Mg0和Al主要 按化學(xué)反應(yīng)式(4)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)得到兩種產(chǎn)物，一種是反應(yīng)生成的氣態(tài)金屬鎂，氣態(tài)的金 屬鎂在鎂結(jié)晶器上冷凝結(jié)晶成結(jié)晶鎂，另一種是主要由3Ca0 · B203、2Ca0 · Si02、Ca0 · Al2O3 以及12Ca0 · 7A1203等化合物組成的渣塊。過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl (OH)4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使 NaAl (OH)4分解成為氫氧化鋁(Al (OH) 3)。如果用種分分解則需向含有NaAl (OH)4的溶液中 加入Al (OH) 3晶種進(jìn)行晶種種分分解，使NaAl (OH) 4分解成Al (OH) 3和Na (OH)，溶液中種分 分解后生成的Al (OH) 3經(jīng)過(guò)濾分離后得到產(chǎn)品Al (OH) 3濾液則由Na (OH)以及部分未分解的 NaAl (OH)4組成，生成的Al (OH)3大部分可作為最終產(chǎn)品，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將 生成的Al (OH) 3在800°C -IOOO0C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即可。如果從渣料中浸出的NaAl (OH) 4溶液采用碳分分解生產(chǎn)Al (OH) 3，則需向 NaAl (OH) 4浸出液中通入CO2氣體進(jìn)行碳分分解，使NaAl (OH) 4分解生成Al (OH) 3和Na2C03。 碳分過(guò)程所需的CO2來(lái)自于石灰石和硼鎂石煅燒過(guò)程生成的CO2副產(chǎn)物。碳分分解生成的 Al (OH)3經(jīng)過(guò)濾與碳分后生成的Na2CO3溶液分離，即形成商品氫氧化鋁，如果需要最終的產(chǎn) 品為Al2O3，可將生成的Al (OH) 3在800°C -1000°C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即 可得到氧化鋁產(chǎn)品。實(shí)施例6以天然低硅硼鎂石和石灰石為原料，以粒徑小于0. 2mm的鋁粉為還原劑的真空鋁 熱還原制取金屬鎂。分析硼鎂石的成分，并根據(jù)硼鎂石中Mg0、B203、SiO2Ul2O3和CaO的化學(xué)組成配入 石灰石，要使所配入的CaO能夠滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)方程式(1)、(2)、(5)對(duì)CaO的需求量。即要 使配入的CaO足夠和B2O3生成3Ca0 · B2O3，和SiO2生成2Ca0 · SiO2,和還原反應(yīng)中與Al2O3 生成CaO · 2A1203對(duì)CaO的需求量。將上述兩種原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料裝置中進(jìn)行磨細(xì)，也可 以將上述兩種原料分別進(jìn)行破碎磨細(xì)然后再配料混合均勻。然后將磨細(xì)的原料制成團(tuán)塊， 并在70(rc iioo°c溫度條件下煅燒。將煅燒后的熟料破碎磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm,與粒徑小于0. 2mm的鋁粉進(jìn)行混合 并壓制成團(tuán)，鋁粉的配入量應(yīng)比按反應(yīng)方程式(5)的理論配入量過(guò)量1 10%。實(shí)際配入 量之所以要比理論配入量多是因?yàn)殇X粉中常含有一些被氧化的氧化鋁，另外，還原劑鋁粉 在還原反應(yīng)中還會(huì)還原反應(yīng)物料中的某些金屬雜質(zhì)而使還原劑鋁粉產(chǎn)生額外的消耗。然后將混有還原劑鋁粉的團(tuán)塊料放入帶有鎂結(jié)晶器的高溫真空還原反應(yīng)爐內(nèi)，在 小于20-80Pa以下的真空壓力和900 1300°C的溫度條件下，物料中的Ca0，Mg0和Al主要 按化學(xué)反應(yīng)式(5)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)得到兩種產(chǎn)物，一種是反應(yīng)生成的氣態(tài)金屬鎂，氣態(tài)的金 屬鎂在鎂結(jié)晶器上冷凝結(jié)晶成結(jié)晶鎂，另一種是主要由3Ca0 ·Β203、2(Μ) .SiO^CaO ·2Α1203 以及CaO · Al2O3或12Ca0 · 7A1203等化合物組成的渣塊。過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl (OH)4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使 NaAl (OH)4分解成為氫氧化鋁(Al (OH) 3)。如果用種分分解則需向含有NaAl (OH)4的溶液中加入Al (OH) 3晶種進(jìn)行晶種種分分解，使NaAl (OH) 4分解成Al (OH) 3和Na (OH)，溶液中種分 分解后生成的Al (OH) 3經(jīng)過(guò)濾分離后得到產(chǎn)品Al (OH) 3濾液則由Na (OH)以及部分未分解的 NaAl (OH)4組成，生成的Al (OH)3大部分可作為最終產(chǎn)品，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將 生成的Al (OH) 3在800°C -IOOO0C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即可。如果從渣料中浸出的NaAl (OH) 4溶液采用碳分分解生產(chǎn)Al (OH) 3，則需向 NaAl (OH) 4浸出液中通入CO2氣體進(jìn)行碳分分解，使NaAl (OH) 4分解生成Al (OH) 3和Na2C03。 碳分過(guò)程所需的CO2來(lái)自于石灰石和硼鎂石煅燒過(guò)程生成的CO2副產(chǎn)物。碳分分解生成的 Al (OH)3經(jīng)過(guò)濾與碳分后生成的Na2CO3溶液分離，即形成商品氫氧化鋁，如果需要最終的產(chǎn) 品為Al2O3，可將生成的Al (OH) 3在800°C -1000°C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即 可得到氧化鋁產(chǎn)品。實(shí)施例7以天然低硅硼鎂石和石灰石為原料，以粒徑小于0. 2mm的鋁粉為還原劑的真空鋁 熱還原制取金屬鎂。分析硼鎂石的成分，并根據(jù)硼鎂石中Mg0、B203、SiO2Ul2O3和CaO的化學(xué)組成配入 石灰石，要使所配入的CaO能夠滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)方程式(1)、(2)、(6)對(duì)CaO的需求量。即要 使配入的CaO足夠和B2O3生成3Ca0 · B2O3，和SiO2生成2Ca0 · SiO2,和還原反應(yīng)中與Al2O3 生成CaO · 6A1203對(duì)CaO的需求量。將上述兩種原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料裝置中進(jìn)行磨細(xì)，也可 以將上述兩種原料分別進(jìn)行破碎磨細(xì)然后再配料混合均勻。然后將磨細(xì)的原料制成團(tuán)塊， 并在70(rc iioo°c溫度條件下煅燒。將煅燒后的熟料破碎磨細(xì)至粒徑小于0. 2mm,與粒徑小于0. 2mm的鋁粉進(jìn)行混合 并壓制成團(tuán)，鋁粉的配入量應(yīng)比按反應(yīng)方程式(6)的理論配入量過(guò)量1 10%。實(shí)際配入 量之所以要比理論配入量多是因?yàn)殇X粉中常含有一些被氧化的氧化鋁，另外，還原劑鋁粉 在還原反應(yīng)中還會(huì)還原反應(yīng)物料中的某些金屬雜質(zhì)而使還原劑鋁粉產(chǎn)生額外的消耗。然后將混有還原劑鋁粉的團(tuán)塊料放入帶有鎂結(jié)晶器的高溫真空還原反應(yīng)爐內(nèi)，在 小于20-80Pa以下的真空壓力和900 1300°C的溫度條件下，物料中的Ca0，Mg0和Al主要 按化學(xué)反應(yīng)式(3)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)得到兩種產(chǎn)物，一種是反應(yīng)生成的氣態(tài)金屬鎂，氣態(tài)的金 屬鎂在鎂結(jié)晶器上冷凝結(jié)晶成結(jié)晶鎂，另一種是主要由3Ca0 ·Β203、2(Μ) 'SiOpCaO ·6Α1203 以及CaO · Al2O3或12CaO · 7A1203等化合物組成的渣塊。過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl (OH) 4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使 NaAl (OH)4分解成為氫氧化鋁(Al (OH) 3)。如果用種分分解則需向含有NaAl (OH)4的溶液中 加入Al (OH) 3晶種進(jìn)行晶種種分分解，使NaAl (OH) 4分解成Al (OH) 3和Na (OH)，溶液中種分 分解后生成的Al (OH) 3經(jīng)過(guò)濾分離后得到產(chǎn)品Al (OH) 3濾液則由Na (OH)以及部分未分解的 NaAl (OH)4組成，生成的Al (OH)3大部分可作為最終產(chǎn)品，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將 生成的Al (OH) 3在800°C -IOOO0C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即可。如果從渣料中浸出的NaAl (OH) 4溶液采用碳分分解生產(chǎn)Al (OH) 3，則需向 NaAl (OH) 4浸出液中通入CO2氣體進(jìn)行碳分分解，使NaAl (OH) 4分解生成Al (OH) 3和Na2C03。 碳分過(guò)程所需的CO2來(lái)自于石灰石和硼鎂石煅燒過(guò)程生成的CO2副產(chǎn)物。碳分分解生成的 Al (OH)3經(jīng)過(guò)濾與碳分后生成的Na2CO3溶液分離，即形成商品氫氧化鋁，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將生成的Al (OH) 3在800°C -1000°C的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al (OH) 3脫水即
可得到氧化鋁產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種以硼鎂石為原料真空熱還原法制取金屬鎂及富硼料的方法，其特征在于包括以下步驟(1)配料以低硅硼鎂石和石灰石為原料進(jìn)行配料；(2)磨料將配好的硼鎂石和石灰石破碎進(jìn)行細(xì)磨，磨至粒徑小于0.2mm；(3)煅燒將磨細(xì)后的原料制成團(tuán)塊，將制成的團(tuán)塊放入爐中煅燒，煅燒溫度為700℃～1100℃；(4)將煅燒后的團(tuán)塊粉碎至粒徑小于0.2mm，然后與粒徑小于0.2mm的鋁粉均勻混合，壓制成團(tuán)塊；(5)真空還原，將壓制好的團(tuán)塊置于帶有鎂結(jié)晶器的高溫還原反應(yīng)爐中，進(jìn)行真空還原，壓力小于20～80Pa，溫度為900～1300℃，生成氣態(tài)金屬鎂，而后在鎂結(jié)晶器上冷凝結(jié)晶成固態(tài)鎂，另一種為主要由12CaO·7Al2O3或CaO·Al2O3或CaO·2Al2O3或CaO·6Al2O3或前述的兩種或三種或四種的混合物與3CaO·B2O3和2CaO·SiO2化合組成的渣塊；(6)渣料浸出將獲得的渣塊磨細(xì)至粒徑小于0.2mm，然后將磨細(xì)的渣料放入由Na2CO3或Na2CO3與NaOH組成的溶液中，在50 300℃的溫度下，將渣料的Al2O3以NaAl(OH)4的形式被浸出于溶液中，渣料中與氧化鋁結(jié)合的CaO以CaCO3的形式沉淀出來(lái)，而渣料中的3CaO·B2O3組分不參與反應(yīng)而留在浸出后剩余的沉淀泥渣中；(7)過(guò)濾分離，將浸出液與泥渣過(guò)濾分離，濾液為含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液，濾渣主要為3CaO·B2O3、CaCO3和2CaO·SiO2組成的混合物；(8)烘干，將濾渣烘干，即可作為制造無(wú)堿玻璃纖維的原料；(9)種分或碳分，將過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解為氫氧化鋁(Al(OH)3)a、種分，向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶種進(jìn)行晶種種分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中種分分解后生成的Al(OH)3經(jīng)過(guò)濾分離后得到產(chǎn)品Al(OH)3濾液則由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4組成，生成的Al(OH)3大部分可作為最終產(chǎn)品，部分作為晶種返回到晶種分解容器中去種分分解NaAl(OH)4，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將生成的Al(OH)3在800℃ 1000℃的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al(OH)3脫水即可；b、碳分，向含有NaAl(OH)4浸出液中通入CO2氣體進(jìn)行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3，碳分過(guò)程所需的CO2來(lái)自于石灰石和硼鎂石煅燒過(guò)程生成的CO2副產(chǎn)物，碳分分解生成的Al(OH)3經(jīng)過(guò)濾與碳分后生成的Na2CO3溶液分離，即形成商品氫氧化鋁，如果需要最終的產(chǎn)品為Al2O3，可將生成的Al(OH)3在800℃ 1000℃的溫度條件下進(jìn)行煅燒使Al(OH)3脫水即可得到氧化鋁產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的以硼鎂石為原料真空熱還原法制取金屬鎂及富硼料的方法，其 特征在于步驟(1)中配料，石灰石配料按這兩種混合物料在高溫煅燒時(shí)生成的CaO滿(mǎn)足下 列幾種化學(xué)反應(yīng)對(duì)CaO的需求；①要使所配入的CaO能和硼鎂石中的B2O3按如下反應(yīng)生成3Ca0· B2O3 3Ca0+B203 = 3Ca0 · B2O3(1)②要使CaO與硼鎂石中的雜質(zhì)SiO2按如下反應(yīng)生成2Ca0· SiO2 2Ca0+Si02 = 2Ca0 · SiO2(2)③要使CaO按如下反應(yīng)，用鋁進(jìn)行真空還原MgO時(shí)對(duì)CaO的需求量 12Ca0+21Mg0+14Al = 21Mg+12Ca0 · 7A1203 (3) 或Ca0+3Mg0+2Al = 3Mg+Ca0 · Al2O3(4)或Ca0+6Mg0+4Al = 6Mg+Ca0 · 2A1203(5)或Ca0+18Mg0+12Al = 18Mg+Ca0 · 6A1203 (6)。
全文摘要
一種以硼鎂石為原料真空熱還原法制取金屬鎂及富硼料的方法，屬于真空金屬熱還原煉鎂技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括以下步驟(1)配料；(2)磨料；(3)煅燒；(4)將煅燒后的團(tuán)塊粉碎至粒徑小于0.2mm，然后與粒徑小于0.2mm的鋁粉均勻混合，壓制成團(tuán)塊；(5)真空還原；(6)渣料浸出；(7)過(guò)濾分離；(8)烘干；(9)種分或碳分，將過(guò)濾后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液進(jìn)入種分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解為氫氧化鋁(Al(OH)3)。本發(fā)明提供的一種利用硼鎂石提取金屬鎂并獲得低鎂富硼料的方法，可以使硼鎂石礦得到綜合利用。
文檔編號(hào)C01F7/02GK101899581SQ201010202369
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者馮乃祥, 彭建平, 武小雷, 王耀武 申請(qǐng)人:東北大學(xué)