CN101812599B - 以白云石为原料制备金属镁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以白云石为原料制备金属镁的方法，旨在克服现存的镁还原效率低、能耗大、生产周期长和污染严重的问题。该方法包括破碎白云石、真空低温轻煅与二氧化碳回收利用、冷却并回收热量、混合配料球磨、混合料制团、真空高温热还原和取镁块及炉渣利用。真空低温轻煅是利用连续式真空煅烧炉将经过破碎的白云石在煅烧温度为500～1000℃和炉内压力为10000～60000Pa的条件下轻煅1～3h，白云石中的MgCO₃与CaCO₃依次分解，反应式为：CaMg(CO₃)₂＝CaCO₃+MgO+CO₂↑和CaCO₃＝CaO+CO₂↑，得到二氧化碳与氧化镁和氧化钙的混合物。在炉内流动并加热白云石的二氧化碳被回收利用。

Description

以白云石为原料制备金属镁的方法

技术领域

本发明涉及一种真空冶金技术领域的制备方法，更具体地说，它涉及一种采用白云石为原料制备金属镁的方法。

背景技术

镁是一种轻质有延展性且非常活泼的金属，被广泛应用于汽车工业、3C行业、军事航空及其他行业。目前金属镁的冶炼方法主要分为两种：一是电解法；二是硅热法(皮江法)。熔融盐电解是以氯化镁为原料，金属合金为阴、阳极，在氯化镁熔融下通入直流电进行电解，阴极得到金属镁沉积，阳极放出氯气。缺点是：阳极放出的是氯气，对环境污染严重，而且设备投资大，能耗高。硅热法主要是将白云石在高温条件下煅烧，以硅铁做还原剂，在一定真空度和温度下，将经过高温煅烧的白云石还原成镁蒸气后再经过冷凝的到金属镁。缺点是煅烧温度高，能耗高，镁回收率低，生产周期长，经济效益差，环境污染严重等。

我国镁资源丰富，目前已探明的白云石储量为40亿吨以上，且品质优良。白云石的主要成分是CaMg(CO₃)₂，目前以白云石为原料炼镁的方法主要是硅热法。

中国专利公告号为CN1131201，公告日为1996.09.18，专利号为95100495.6，发明名称为《电炉热装料硅热还原真空炼镁新工艺》，该案中以白云石，铝矾土，硅铁为原料，将煅烧过的温度在700℃以上的白云石，铝矾土以及硅铁热装入电炉，在真空条件下，硅热还原制备金属镁。

中国专利公告号为CN1584076，公告日为2005.02.23，专利号为200410020666.X，发明名称为《以硅铝合金为还原剂制取金属镁的方法》，该案中以白云石和菱镁矿为原料，用硅铝合金做还原剂，在1000～1150℃真空条件下还原煅烧白云石和柯性菱镁矿，生成金属镁。

中国专利公告号为CN101397609，公告日为2009.04.01，专利号为200810058928.X，发明名称为《一种菱镁矿真空碳热还原制备金属镁的方法》，该案中采用真空冶金的方法，以煤为还原剂或添加氟化钙为催化剂，控制炉内压力20～700Pa、升温至500～700℃，保温20～50min，使物料完成热分解及焦结过程；再升温至1300～1500℃条件下还原熔炼40～60min，得到块状金属镁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的镁还原效率低、能耗大、生产周期长和污染严重等问题，提供了一种采用白云石为原料制备金属镁的方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的以白云石为原料制备金属镁的方法包括破碎白云石、混合配料球磨、混合料制团、真空高温热还原和取镁块及炉渣利用步骤；所述的以白云石为原料制备金属镁的方法还包括如下步骤：

1.真空低温轻煅与二氧化碳回收利用

1)利用连续式真空煅烧炉将经过破碎的白云石颗粒在煅烧温度为500～1000℃和炉内压力为10000～60000Pa的条件下轻煅1～3h，白云石颗粒中的MgCO₃与CaCO₃依次分解，反应式为：

CaMg(CO₃)₂＝CaCO₃+MgO+CO₂↑和

CaCO₃＝CaO+CO₂↑，

在连续式真空煅烧炉内得到二氧化碳，在连续式真空煅烧炉尾端得到煅烧的氧化镁和氧化钙的混合物即所谓的煅白；

2)连续式真空煅烧炉内产生的二氧化碳向炉前端流动并与向后运动的白云石颗粒进行热交换，加热向后运动的白云石颗粒，降温后的二氧化碳气体从炉前端的收集口进入二氧化碳收集系统，回收的二氧化碳作为生产尿素和碳酸氢铵肥的原料继续利用；

2.冷却并回收热量

将温度为900℃～1000℃的煅白从连续式真空煅烧炉出料后，直接进入充满非氧化性保护气体的热交换器中冷却，进行热量回收，冷却之后的煅白温度为23±2℃。

技术方案中所述的混合配料球磨与混合料制团步骤均在充满非氧化性保护气体的设备中进行。所述的非氧化性保护气体是指二氧化碳气体、氮气或者是氩气；所述的混合配料球磨包括如下步骤：

1.将室温状态的煅白与还原剂、熔剂直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中混合成混合料。所述的还原剂是按重量百分比含50～95％Si的硅铁、铝或含50～90％Al和10～50％Si的铝硅合金。所述的熔剂是按重量百分比含CaF₂＞94％的萤石。萤石按重量百分比占氧化镁与氧化钙混合物和硅铁量的3％。萤石按重量百分比占氧化镁与氧化钙混合物和铝量的3％萤石按重量百分比占氧化镁与氧化钙混合物和铝硅合金量的3％

2.在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将混合料进行研磨，研磨介质一般为高铬钢球，混合料与研磨介质和球磨罐之间的体积比为1∶2～2.5∶4.5～5。行星球磨机转速为400±50rpm。研磨后混合料粒度小于0.15mm；所述的混合料制团是指在非氧化性保护气体中，在1372.9×10⁵～1471×10⁵Pa的压力下采用压球机将混合料压成球团，容重1.95～2.05g/cm³，再用充满非氧化性保护气体的容器将压成的球团密封保存；所述的真空高温热还原包括如下步骤：

1.耐热合金还原罐经过烘(烤)后，向耐热合金还原罐中加入混合料球团，然后依次装入隔热板、镁结晶器与钾钠捕集器，再封盖。

2.耐热合金还原罐以5～15℃/min的升温速度升温至1100～1200℃，再将耐热合金还原罐抽真空，压力控制在1～13Pa，还原4～6h，发生还原反应，当还原剂为含50～95％Si的硅铁时，反应式为：

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

或当还原剂为铝时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃

或当还原剂为铝硅合金时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃和

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

得镁蒸气；所述的取镁块及炉渣利用包括如下步骤：

1.镁蒸气进入冷凝器冷凝，冷凝器温度控制在560～580℃，当冷凝器内剩余压力＜5Pa后，关闭真空泵，冷却至室温下，从冷凝器上收集金属镁块；

2.将耐热合金还原罐内的残渣粉磨后制成硅酸钙肥和铸型硬化剂。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的以白云石为原料制备金属镁的方法在硅热法炼镁的基础上将白云石颗粒煅烧的工艺过程放在连续式真空煅烧炉中进行，分解温度降低、反应周期缩短；

2.本发明所述的以白云石为原料制备金属镁的方法的煅烧产物二氧化碳与白云石颗粒反向流动换热，能耗降低10％，且煅烧产物二氧化碳回收作为生产尿素和碳酸氢铵肥的原料继续利用，避免环境污染；

3.本发明所述的以白云石为原料制备金属镁的方法的高温煅白通过热交换器冷却，没有热量损耗；

4.本发明所述的以白云石为原料制备金属镁的方法的高温煅白在非氧化性保护气氛中进行冷却回收、混合、球磨、制团、装罐后直接进行真空还原，反应效率提高，反应速度加快，金属镁纯度明显增高；

5.本发明所述的以白云石为原料制备金属镁的方法中炉渣粉磨利用，制成硅酸钙肥和铸型硬化剂，科学环保。这种方法经济效益显著，镁的还原率在90％以上，金属镁块纯度在98％以上。

由此可见，这种以白云石为原料制备金属镁的方法科学、节能、环保，体现了当今时代工业发展的主题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的采用白云石为原料制备金属镁的方法的工艺流程示意框图。

图2是本发明所述的采用白云石为原料制备金属镁的方法中各阶段温度变化图。

图3是本发明所述的采用白云石为原料制备金属镁的方法中各阶段压强变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1至图3，本发明所述的以白云石为原料制备金属镁的方法属于真空冶金技术领域的一种以白云石为原料制备金属镁的方法。旨在克服现有技术存在的镁还原效率低、能耗大、生产周期长及污染严重等问题。本方法以白云石为原料，破碎后利用连续式真空煅烧炉煅烧，得到高活性煅白和二氧化碳；将二氧化碳回收作为化工原料继续利用；高温煅白直接进入充满非氧化性保护气体的热交换器中冷却并进行热量回收；冷却后的煅白加入硅铁(或铝或铝硅合金)、萤石进行混合、球磨后制团；真空高温热还原，得到金属镁及炉渣副产物。

以白云石为原料制备金属镁的方法的详细工艺步骤如下：

1.破碎白云石

将白云石破碎成粒度为3～5mm的颗粒。

2.真空低温轻煅

利用连续式真空煅烧炉将经过破碎的白云石颗粒在煅烧温度为500～1000℃和炉内压力为10000～60000Pa条件下轻煅1～3h。升温过程中，白云石颗粒中的MgCO₃、CaCO₃依次分解，反应式为：

CaMg(CO3)2＝CaCO3+MgO+CO2↑和

CaCO3＝CaO+CO2↑，

连续式真空煅烧炉内产生的二氧化碳向炉前(白云石进入)端流动并与向后运动的白云石颗粒进行热交换，加热向后运动的白云石颗粒，降温后的二氧化碳气体从炉前端的收集口进入二氧化碳收集系统。达到能耗降低10％以上，回收的二氧化碳作为生产尿素和碳酸氢铵肥的原料继续利用，排放量基本为零。在连续式真空煅烧炉尾(出料)端得到煅烧的氧化镁和氧化钙的混合物(煅白)。

3.冷却并回收热量

将高温(900～1000℃)煅白从连续式真空煅烧炉中出料后，直接进入充满非氧化性保护气体的热交换器中冷却，进行热量回收，不存在热量损耗。然后进入混料机与其他配料混合。所述的非氧化性保护气体是指二氧化碳气体、氮气或者是氩气(以下相同)。

4.混合配料球磨

将室温状态的煅白与预定数量的还原剂、熔剂直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中混合成混合料。再在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将上述混合料进行研磨，研磨介质一般为高铬钢球，混合料与研磨介质和球磨罐之间的体积比为1∶2～2.5∶4.5～5，行星球磨机转速为400±50rpm，研磨后混合料粒度小于0.15mm。

所述的还原剂是按重量百分比含50～95％Si的硅铁、铝或含50～90％Al和10～50％Si的铝硅合金；

所述的熔剂是按重量百分比含CaF₂＞94％的萤石；

所述的混合料是按摩尔比配备的，还原剂与氧化镁的摩尔比为：

Si∶MgO＝0.5～0.8mol

或Al∶MgO＝0.65～0.9mol

或Si∶MgO＝0.5～0.8mol和Al∶MgO＝0.65～0.9mol；

萤石按重量百分比占氧化镁和氧化钙混合物与硅铁量(或铝或铝硅合金)的3％。

5.混合料制团

在非氧化性保护气体中，用压球机在压形压力为1372.9×10⁵～1471×10⁵Pa下将混合料压成核桃形球团，容重1.95～2.05g/cm³，再用充满非氧化性保护气体的容器密封保存。

6.真空高温热还原

耐热合金还原罐经过烘(烤)后，向其中加入混合料球团，然后依次装入隔热板、镁结晶器、钾钠捕集器，再封盖。以5～15℃/min的升温速度升温至1100～1200℃，将耐热合金还原罐抽真空，压力控制在1～13Pa，还原4～6h，发生还原反应，当还原剂为含50～95％Si的硅铁时，反应式为：

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

或当还原剂为铝时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃

或当还原剂为铝硅合金时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃和

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

得镁蒸气，镁蒸气进入真空冷凝，冷凝器温度控制在560～580℃。

7.取镁块及炉渣利用

当冷凝器内剩余压力＜5Pa后，关闭真空泵，冷却至室温下，打开耐热合金还原罐使其内部变为非真空，从冷凝器上收集到结晶良好的高纯金属镁块，同时将耐热合金还原罐内残渣经粉磨后制成硅酸钙肥和铸型硬化剂，整个热还原过程为4～6h。

实施例1

1.将成分如表1所示10kg白云石原料破碎成粒度为3～5mm的颗粒。

表1 白云石成分

2.真空低温轻煅白云石

1)将白云石经过破碎的颗粒放在连续式真空煅烧炉中煅烧1h，温度控制在750℃左右，发生化学反应，反应式为：

CaMg(CO₃)₂＝CaCO₃+MgO+CO₂↑和

CaCO₃＝CaO+CO₂↑

得到二氧化碳气体、氧化镁和碳酸钙的混合物(煅白)，其中煅白5.91kg。

2)将连续式真空煅烧炉内产生的二氧化碳回收作为生产尿素和碳酸氢铵肥的原料继续利用。

3.冷却煅白并回收热量

将750℃的煅白直接进入充满非氧化性保护气体(二氧化碳气体，以下相同)的热交换器中冷却回收热量，冷却之后的煅白温度为23±2℃。

4.混合配料球磨

1)将在第3步骤冷却之后的煅白直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中，按与氧化镁的摩尔比将还原剂即含75％Si的硅铁0.90kg和熔剂即含CaF2＞94％的萤石(按重量百分比)0.20kg混合成混合料。再在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将混合料进行研磨，混合料与高铬钢球和球磨罐之间的体积比为1∶2∶4.5，球磨机转速为350rpm，混合料在行星球磨机中细磨至粒度小于0.15mm。

2)将在第3步骤冷却之后的煅白直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中，按与氧化镁的摩尔比将1.02kg的铝或1.06kg的80％铝+20％硅或1.14kg的50％铝+50％硅(替代0.90kg含75％硅的硅铁)和熔剂即含CaF2＞94％的萤石(按重量百分比)0.21kg(对不同组分与含量的还原剂含CaF2＞94％的萤石的用量皆为0.21kg)混合成混合料。再在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将上述混合料进行研磨，混合料与高铬钢球和球磨罐之间的体积比为1∶2∶4.5，球磨机转速为350rpm，混合料在行星球磨机中细磨至粒度小于0.15mm。

5.混合料制团

在非氧化性保护气体中，用压球机将混合料在压形压力为1372.9×10⁵Pa下压成核桃形球团，容重为1.95g/cm³，再用充满非氧化性保护气体的容器将其密封保存。

6.真空高温热还原

耐热合金还原罐经过烘(烤)后，向还原罐中加入混合料球团，然后依次装入隔热板、镁结晶器、钾钠捕集器，再封盖、抽真空。当温度升至1100℃时，还原罐内压力控制在1～13Pa，发生还原反应，当还原剂为含75％Si的硅铁时，反应式为：

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

或当还原剂为铝时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃

或当还原剂为铝硅合金时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃和

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

得到镁蒸气。镁蒸气进入真空冷凝，冷凝器温度控制在560～580℃。

7.取镁块及炉渣利用

当冷凝器内剩余压力＜5Pa后，关闭真空泵，冷却至室温下，打开耐热合金还原罐使其内部变为非真空，从冷凝器上收集到结晶良好的金属镁块1.20kg，同时将耐热合金还原罐内的残渣粉磨后制成硅酸钙肥和铸型硬化剂。镁的纯度为98.5％，还原率达91.2％(还原剂为铝、80％铝+20％硅和50％铝+50％硅时，对应还原率分别为：91.1％、91.8％和91.7％)，整个热还原过程为4h。

实施例2

1.将成分如表1所示10kg白云石原料破碎成粒度为3～5mm的颗粒。

表1 白云石成分

2.真空低温轻煅白云石

1)将白云石经过破碎的颗粒放在连续式真空煅烧炉中煅烧2h，温度控制在850℃左右，发生化学反应，反应式为：

CaMg(CO₃)₂＝CaCO₃+MgO+CO₂↑和

CaCO₃＝CaO+CO₂↑

得到二氧化碳气体、氧化镁和碳酸钙的混合物(煅白)5.64kg。

2)将连续式真空煅烧炉内产生的二氧化碳回收作为生产尿素和碳酸氢铵肥的原料继续利用。

3.冷却煅白并回收热量

将850℃的煅白直接进入充满非氧化性保护气体(氮气，以下相同)的热交换器中冷却回收热量，冷却之后的煅白温度为23±2℃。

4.混合配料球磨

1)将在第3步骤冷却之后的煅白直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中，按与氧化镁的摩尔比将还原剂即含75％Si的硅铁1.20kg和熔剂即含CaF2＞94％的萤石(按重量百分比)0.21kg混合成混合料。再在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将混合料进行研磨，混合料与高铬钢球和球磨罐之间的体积比为1∶2∶5，球磨机转速为400rpm，混合料在行星球磨机中细磨至粒度小于0.15mm。

2)将在第3步骤冷却之后的煅白直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中，按与氧化镁的摩尔比将1.16kg的铝或1.22kg的80％铝+20％硅或1.33kg的50％铝+50％硅(替代1.20kg含75％硅的硅铁)和熔剂即含CaF2＞94％的萤石(按重量百分比)0.21kg(对不同组分与含量的还原剂含CaF2＞94％的萤石的用量皆为0.21kg)混合成混合料。再在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将上述混合料进行研磨，混合料与高铬钢球和球磨罐之间的体积比为1∶2∶5，球磨机转速为400rpm，混合料在行星球磨机中细磨至粒度小于0.15mm。

5.混合料制团

在非氧化性保护气体中，用压球机将混合料在压形压力为1400×10⁵Pa下压成核桃形球团，容重为2.0g/cm³，再用充满非氧化性保护气体的容器将其密封保存。

6.真空高温热还原

耐热合金还原罐经过烘(烤)后，向耐热合金还原罐中加入混合料球团，然后依次装入隔热板、镁结晶器、钾钠捕集器，再封盖、抽真空。当温度升至1150℃时，耐热合金还原罐内压力控制在1～13Pa，发生还原反应，当还原剂为含75％Si的硅铁时，反应式为：

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

或当还原剂为铝时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃

或当还原剂为铝硅合金时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃和

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

得到镁蒸气。镁蒸气进入真空冷凝，冷凝器温度控制在560～580℃。

7.取镁块及炉渣利用

当冷凝器内剩余压力＜5Pa后，关闭真空泵，冷却至室温下，打开耐热合金还原罐使其内部变为非真空，从冷凝器上收集到结晶良好的金属镁块1.22kg，同时将耐热合金还原罐内的残渣粉磨后制成硅酸钙肥和铸型硬化剂。镁的纯度为99.1％，还原率达93.4％(还原剂为铝、80％铝+20％硅和50％铝+50％硅时，对应还原率分别为：92.9％、94.1％和93.7％)，整个热还原过程为5h。

实施例3

1.将成分如表1所示10kg白云石原料破碎成粒度为3～5mm的颗粒。

表1 白云石成分

2.真空低温轻煅白云石

1)将白云石经过破碎的颗粒放在连续式真空煅烧炉中煅烧3h，温度控制在950℃左右，发生化学反应，反应式为：

CaMg(CO₃)₂＝CaCO₃+MgO+CO₂↑和

CaCO₃＝CaO+CO₂↑

得到二氧化碳气体、氧化镁和碳酸钙的混合物(煅白)5.21kg。

2)将连续式真空煅烧炉内产生的二氧化碳回收作为生产尿素和碳酸氢铵肥的原料继续利用。

3.冷却煅白并回收热量

将950℃的煅白直接进入充满非氧化性保护气体(氩气，以下相同)的热交换器中冷却回收热量，冷却之后的煅白温度为23±2℃。

4.混合配料球磨

1)将在第3步骤冷却之后的煅白直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中，按与氧化镁的摩尔比将还原剂即含75％Si的硅铁1.40kg和熔剂即含CaF2＞94％的萤石(按重量百分比)0.20kg混合成混合料。再在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将混合料进行研磨，混合料与高铬钢球和球磨罐之间的体积比为1∶2∶5.5，球磨机转速为450rpm，混合料在行星球磨机中细磨至粒度小于0.15mm。

2)将在第3步骤冷却之后的煅白直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中，按与氧化镁的摩尔比将1.31kg的铝或1.43kg的80％铝+20％硅或1.52kg的50％铝+50％硅(替代1.40kg含75％硅的硅铁)和熔剂即含CaF2＞94％的萤石(按重量百分比)0.20kg(对不同组分与含量的还原剂含CaF2＞94％的萤石的用量皆为0.20kg)混合成混合料。再在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将上述混合料进行研磨，混合料与高铬钢球和球磨罐之间的体积比为1∶2∶5.5，球磨机转速为450rpm，混合料在行星球磨机中细磨至粒度小于0.15mm。

5.混合料制团

在非氧化性保护气体中，用压球机将混合料在压形压力为1471×10⁵Pa下压成核桃形球团，容重为2.05g/cm³，再用充满非氧化性保护气体的容器将其密封保存。

6.真空高温热还原

耐热合金还原罐经过烘(烤)后，向耐热合金还原罐中加入混合料球团，然后依次装入隔热板、镁结晶器、钾钠捕集器，再封盖、抽真空。当温度升至1200℃时，耐热合金还原罐内压力控制在1～13Pa，发生还原反应，当还原剂为含75％Si的硅铁时，反应式为：

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

或当还原剂为铝时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃

或当还原剂为铝硅合金时，反应式为：

9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃和

2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

得到镁蒸气。镁蒸气进入真空冷凝，冷凝器温度控制在560～580℃。

7.取镁块及炉渣利用

当冷凝器内剩余压力＜5Pa后，关闭真空泵，冷却至室温下，打开耐热合金还原罐使其内部变为非真空，从冷凝器上收集到结晶良好的金属镁块1.23kg，同时将耐热合金还原罐内的残渣粉磨制成硅酸钙肥和铸型硬化剂。镁的纯度为99.2％，还原率达94.8％(还原剂为铝、80％铝+20％硅和50％铝+50％硅时，对应还原率分别为：93.8％、95.4％和93.9％)，整个热还原过程为6h。

结论是：

1.根据以白云石为原料制备金属镁的方法，破碎的白云石颗粒在连续式真空煅烧炉中随煅烧时间增加，温度升高，氧化镁和碳酸钙的混合物(煅白)增加，产生的二氧化碳回收作为生产尿素和碳酸氢铵肥的原料增加，煅白经热交换器冷却回收热量增加。

2.根据以白云石为原料制备金属镁的方法，在结论1的基础上，冷却之后的煅白与还原剂的混合料与高铬钢球和球磨罐之间的体积比增加，球磨机转速增加，混合料粒度变小，制团压形压力增加。

3.根据以白云石为原料制备金属镁的方法，在结论1、2的基础上，随还原温度升高，镁的还原率增加，纯度提高，残渣粉磨后制成的硅酸钙肥和铸型硬化剂减少，整个工艺过程时间缩短。

Claims (6)

1.一种以白云石为原料制备金属镁的方法，包括破碎白云石、混合配料球磨、混合料制团、真空高温热还原和取镁块及炉渣利用步骤，其特征在于，所述的以白云石为原料制备金属镁的方法还包括如下步骤：

1)真空低温轻煅与二氧化碳回收利用

(1)利用连续式真空煅烧炉将经过破碎的白云石颗粒在煅烧温度为500～1000℃和炉内压力为10000～60000Pa的条件下轻煅1～3h，白云石颗粒中的MgCO₃与CaCO₃依次分解，反应式为：

CaMg(CO₃)₂＝CaCO₃+MgO+CO₂↑和

CaCO₃＝CaO+CO₂↑，

在连续式真空煅烧炉内得到二氧化碳，在连续式真空煅烧炉尾端得到煅烧的氧化镁和氧化钙的混合物即所谓的煅白；

(2)连续式真空煅烧炉内产生的二氧化碳向炉前端流动并与向后运动的白云石颗粒进行热交换，加热向后运动的白云石颗粒，降温后的二氧化碳气体从炉前端的收集口进入二氧化碳收集系统，回收的二氧化碳作为生产尿素和碳酸氢铵肥的原料继续利用；

2)冷却并回收热量

将温度为900℃～1000℃的煅白从连续式真空煅烧炉出料后，直接进入充满非氧化性保护气体的热交换器中冷却，进行热量回收，冷却之后的煅白温度为23±2℃。

2.按照权利要求1所述的以白云石为原料制备金属镁的方法，其特征在于，所述的混合配料球磨与混合料制团步骤均在充满非氧化性保护气体的设备中进行，所述的非氧化性保护气体是指二氧化碳气体、氮气或者是氩气。

3.按照权利要求1所述的以白云石为原料制备金属镁的方法，其特征在于，所述的混合配料球磨包括如下步骤：

1)将室温状态的煅白与还原剂、熔剂直接放入充满非氧化性保护气体的混料机中混合成混合料；

所述的还原剂是按重量百分比含50～95％Si的硅铁、铝或含50～90％Al和10～50％Si的铝硅合金；

所述的熔剂是按重量百分比含CaF₂＞94％的萤石；

萤石按重量百分比占氧化镁与氧化钙混合物和硅铁量的3％；

萤石按重量百分比占氧化镁与氧化钙混合物和铝量的3％；

萤石按重量百分比占氧化镁与氧化钙混合物和铝硅合金量的3％；

2)在充满非氧化性保护气体的行星球磨机中将混合料进行研磨，研磨介质一般为高铬钢球，混合料与研磨介质和球磨罐之间的体积比为1∶2～2.5∶4.5～ 5，行星球磨机转速为400±50rpm，研磨后混合料粒度小于0.15mm。

4.按照权利要求1所述的以白云石为原料制备金属镁的方法，其特征在于，所述的混合料制团是指在非氧化性保护气体中，在1372.9×10⁵～1471×10⁵Pa的压力下采用压球机将混合料压成球团，容重1.95～2.05g/cm³，再用充满非氧化性保护气体的容器将压成的球团密封保存。

5.按照权利要求1所述的以白云石为原料制备金属镁的方法，其特征在于，所述的真空高温热还原包括如下步骤：

1)耐热合金还原罐经过烘烤后，向耐热合金还原罐中加入混合料球团，然后依次装入隔热板、镁结晶器与钾钠捕集器，再封盖；

2)耐热合金还原罐以5～15℃/min的升温速度升温至1100～1200℃，再将耐热合金还原罐抽真空，压力控制在1～13Pa，还原4～6h，发生还原反应，当还原剂为含50～95％Si的硅铁时，反应式为：

    2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

或当还原剂为铝时，反应式为：

    9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃

或当还原剂为铝硅合金时，反应式为：

    9MgO+5CaO+6Al＝9Mg↑+5CaO·3Al₂O₃和

    2(MgO·CaO)+Si(Fe)＝2Mg↑+2CaO·SiO₂+(Fe)

得镁蒸气。

6.按照权利要求1所述的以白云石为原料制备金属镁的方法，其特征在于，所述的取镁块及炉渣利用包括如下步骤：

1)镁蒸气进入冷凝器冷凝，冷凝器温度控制在560～580℃，当冷凝器内剩余压力＜5Pa后，关闭真空泵，冷却至室温下，从冷凝器上收集金属镁块；

2)将耐热合金还原罐内的残渣粉磨后制成硅酸钙肥和铸型硬化剂。 

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