CN102703736A - 一种冶炼金属镁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冶炼金属镁的方法，其特征在于以氧化镁和碳为原料，按照氧化镁质量百分数为70-80％，碳质量百分数为20-30％的配比并外加质量百分数为5-12％的碳素结合剂进行混料后通过成球→高温反应烧结炉→产生金属镁气体进入冷凝器→金属镁锭→精炼得到金属镁。本发明在于不使用硅铁作为还原剂，且采用低真空烧结炉进行高温还原反应，比传统使用硅铁作为还原剂的成本低20％左右，并且可以实现连续生产。

Description

一种冶炼金属镁的方法

技术领域

本发明涉及一种冶炼金属镁的方法，更确切地说本发明所涉及的冶炼金属镁的方法是不使用硅铁，而用碳作为还原剂。不采用反应罐真空还原法制金属镁，而采用真空烧结炉进行高温还原生产金属镁。属于冶炼金属镁的领域。

背景技术

世界上生产金属镁的方法主要有两种：一是硅热还原法，二是镁盐电解法。目前，中国镁企业采用最为普遍的工艺仍然是硅热法(或称皮江法)。这种工艺的主要流程是：将白云石破碎至适当粒度后在回转窑中煅烧，得到煅白；再将煅白、硅铁破碎磨成粉，然后与添加剂萤石粉(含CaF₂≥95％)混合均匀制团；接着装入耐热不锈钢还原罐内，置于还原炉中，在1200～1250℃及1.33Pa真空度下进行还原反应制取粗镁；再经过熔炼精制、铸锭、表面处理得到成品镁锭。这种方法的优点很明显：①原材料可就地取材，规模能大能小；②生产成本比电解法低；③工艺技术比较容易掌握；④粗镁的质量等级略高于电解镁；⑤20世纪90年代以来采用这种工艺的镁企业所获经济效益极为可观，等等。但是，这种工艺方法的缺点也很突出：①资源消耗量大。每生产lt金属镁需消耗白云石12～14t；②能耗过高。生产lt金属镁不仅需要直接消耗无烟煤或烟煤8～l0t，还需要添加1.2t多高耗能产品硅铁；由于硅铁成本较高，约占纯镁成本的45%，再加上煤耗，两者约占纯镁生产成本的65%以上。特别是近年来能源材料价格上升很快，导致了生产金属镁的企业出现严重亏损的现象；③污染较为严重。不仅生产过程中原料车间粉尘污染严重，而且每生产1t金属镁还将副产还原渣5～6t；④还原周期一般在l2小时左右，生产效率还不太高；⑤工人的劳动强度大。而镁盐电解法是利用氯化镁熔液进行电解制得金属镁。该方法是产生的氯气，污染环境，对环保产生很大的影响。因此，目前国内还没有采用这种方法生产金属镁。

针对现有的生产金属镁的方法，本领域的技术人员提出各种有益的方法，例如：

①CN1920072A的发明专利提出有将碳化钙作为冶炼金属镁的还原剂，将碳化钙与白云石煅料及萤石的粉料混合、成球，在高温和真空条件下进行还原反应制备金属镁；碳化钙的用量为白云石煅料中氧化镁重量的50-60%；且还原反应的温度为900-1100℃，压力为1-20Pa，还原时间4-5小时。

又如CN101684524A提出“碳热还原法制备金属镁的方法及其装置”的申请，其特征在于，将原料煅烧白云石、石英石与碳质还原剂破碎加工后混料，并压制成型，在真空状态下，使上述混料进行还原反应，制备金属镁。由于所述的发明不再使用价格昂贵的FeSi，其原材料价廉易得，从而大大降低了金属镁的生产成本，提高经济效益和市场竞争力。并且也省去了FeSi制备中的大量能耗，人力与实践成本，同时，排除了FeSi制备中的环境污染，响应了节能减排、绿色环保的要求。

再如CN1186290C的发明者提出“一种皮江法炼镁渣制砖制备方法”，主要解决现有皮江法金属镁冶炼和烟气没有被利用，造成环境污染的问题。其制备方法是将炼镁渣从还原罐中铲出，自然冷却至常温，然后加入炼镁渣的50-60%的水，混合；将混合后的渣料在常温下放置一周，送入制砖机中成型；成型后的砖坯送入碳化室中，被白云石煅烧后产生的二氧化碳烟气进行碳化，即成为产品。用本方法制砖，可以充分利用现有皮江法金属镁冶炼过程中产生的渣和烟气，由于将废渣和废气综合利用制成建筑材料，减少了排渣所占耕地以及对环境的污染，同时又减少了二氧化碳向大气的排放数量，降低了二氧化碳对大气产生的温室效应的影响。

20世纪20～30年代，欧美国家曾建过一套碳热法炼镁装置。但由于运行过程中反应温度高达2000°C以上，副产品CO又极易与还原出来的镁发生可逆反应(当反应温度超过1250°C后，每提高10°C反应速度增加2～3倍；反应出的镁粉很容易与高温CO发生可逆反应而导致爆炸)。现在看来碳还原法最主要的缺点就是还原温度过高和副产品CO极易与还原出来的原生镁产生可逆反应以及副产品CO易爆炸，只有当这些问题解决了，碳还原法生产金属镁的技术就会得到推广。

考虑以上各点以及现已报道的文献，本发明拟从改革现有工艺为切入点，提供一种不用硅铁，能耗较低的冶炼金属镁的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冶炼金属镁的方法，在所提供的方法中不使用硅铁作为还原剂，以及不采用反应罐真空还原法，而采用低真空烧结炉进行高温还原反应生产金属镁，可望明显降低能耗。

本发明是以氧化镁和碳为原料，按照氧化镁质量百分数70％～80％，碳质量百分数20％～30％的配比并外加适量的结合剂进行混料，通过下列工艺过程来而制得金属镁：氧化镁和碳通过配料，混料后和成球→高温反应烧结→产生金属镁气体进入冷凝器→得到金属镁锭→精炼得到精炼镁；混料时间为8-25分钟；

所述的氧化镁是轻烧氧化镁、白云石、水镁石、菱镁矿或用后镁碳砖中的氧化镁以及它们的组合；

所述的碳是指用后镁碳砖中的碳、焦炭、石油焦、煤、沥青焦、碳黑或石墨中任意一种以及它们的组合；所述的用后镁碳砖即为使用后从炉子上拆下来的镁碳砖；所述的石油焦、焦炭的粘度为1-3Pa·S；

所述的混料时间是氧化镁和碳先在球磨机内混合10-20分钟，然后再加入碳素结合剂后混料10-15分钟；

所述的烧结工艺是在高温反应烧结炉中进行的，所述的反应烧结炉可以是真空感应碳管炉或真空碳管电阻炉。而最好是真空感应碳管炉。它能够实现快速升温，并能升温到高温，保证反应迅速进行；

所述的反应产生的一氧化碳气体可以通过集气冷凝器，进行回收，并用来加热原料，以实现节能和能源的充分利用；

所述的结合剂主要是指碳素结合剂。如酚醛树脂、呋喃树脂、改性沥青树脂等含碳的结合剂。这样有利于提高结合性和提高反应产物的纯度。通常使用质量百分量为5-12％（外加）。当然不使用炭素结合剂也可以冶炼金属镁，但反应速率低，产品的纯度也低，以使用5-12％为宜。

所述的真空感应炉。其内衬由两部分组成：其外部，即靠近感应线圈处用铝钙质干式捣打料，这样有利于降低导热系数和提高热力学稳定性，有利于节能。其内侧采用碳质材料。碳质材料起到感应发热升温的作用，提高了升温速度和热转换效率。

本发明提供的冶炼金属镁的工艺流程如图1所示，与传统皮江法相比具有的优点是：

（1）本发明工艺流程中每生产1T金属镁仅消耗轻烧镁粉为2T，资源消耗显著降低；

（2）不产生渣，环保效果好；

(3)最为突出的特点是用低廉的焦碳代替了价格相对较高的硅铁作还原剂，从而使镁的综合生产成本由13635元／t降至10650元／t，也即每吨镁的成本降低幅度高达20％以上。可见碳热法新工艺的成本和效率优势都相当明显。在近期硅铁价格不断攀升和金属镁出现亏损的情况下，新工艺的这些优势则显得更为突出。更为社会和企业带来显著的经济效益；

(4)因为采用了料钟自动加料的方式，可以实现连续生产，生产效率大大提高。

以前采用碳还原法生产金属镁，主要因为采用硅热还原法生产的设备，这种设备不能达到要求的温度，即使达到高温使用寿命较低，导致生产不出来金属镁，或成本较高。因此设备成为制约这种方法发展的主要障碍。而本发明的设备内衬采用碳的感应炉，这种碳管既是炉衬的一部分又是感应发热元件，温度达到2000°C以上，实际上在真空条件下MgO和C的反应温度为1450-1650°C。因此，真空碳管感应炉保证了用MgO和C反应生产金属所需要的温度，解决了反应罐制造金属镁不能达到温度的问题。

本发明冶炼的金属镁粗炼镁的纯度为90%左右，而精炼可达99%以上，且金属镁纯度越高，粒度越细，在空气中会自燃，如何防止涉及结晶器的设计，使镁直接变成镁碳，聚集成致密体，以防止自燃（另行申请）。

附图说明

图1为本发明提供的生产金属镁的流程图。

图2为本发明提供的真空加热烧结炉的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的真空加热烧结炉如图2所示，操作步骤如下：(1)首先把氧化镁和碳成球原料加到感应炉内，通电并给感应炉和真空室2通冷却水，加热氧化镁和碳的混合料；(2)当温度在800°C前时，关闭真空阀门1和2，开启真空泵，达到要求的真空度小于10乇，随着温度升高，镁和CO气体放出，并进入冷凝器；(3)通过控制冷却水的冷却强度，控制Mg气体在真空室2内冷凝成固体。到一定量取出来；(4)真空泵放出来的CO，经过空压机增压，把CO增压送入到CO储罐里，这种CO可以作为燃料使用；(5)当反应到一定程度时，关上阀门1，开启阀门2，对感应炉膛进行加料。然后关上阀门2，开启阀门1，对加料管进行加料；(6)产生的镁气体进入冷凝器，冷凝器周围内腔通冷却介质进行冷却，使温度冷却到600-900°C。金属镁呈液态。随后凝固成金属镁锭，冶炼精炼成金属Mg，其纯度可达99％以上。

实施例1：

以MgO含量为94％的轻烧氧化镁，C含量为98％的石油焦，粘度2Pa.S，碳含量为65％的酚醛树脂结合剂为原料，按照轻烧氧化镁：石油焦＝75：25的质量比，加入φ2000×4000的球磨机内进行球磨混合10分钟后出料。将该混合好的料加入750型强力混练机内，外加混合料的5％的酚醛树脂结合剂进行混料15分钟，然后出料，到成球机，进行挤压成φ40球.将该球加入到感应烧结炉内，进行通电加热到1600°C，同时开启真空泵和空压机，并向冷凝器内通冷却介质对产生的反应气体进行冷却，这样就得到了金属镁锭和燃料CO气体。

实施例2：

以MgO含量为80％的轻烧氧化镁，C含量为90％的焦炭，粘度2Pa.S，碳含量为85％的改性沥青树脂结合剂为原料，按照轻烧氧化镁：石油焦＝70：30的质量比，加入φ2000×4000的球磨机内进行球磨混合15分钟后出料。将该混合好的料加入750型强力混练机内，外加混合料的5％的改性沥青树脂结合剂进行混料10分钟，然后出料，到成球机，进行挤压成φ40球.将该球加入到感应烧结炉内，进行通电加热到1650°C，同时开启真空泵和空压机，并向冷凝器内通冷却介质对产生的反应气体进行冷却，这样就得到了金属镁锭和燃料CO气体。

实施例3：

以MgO含量为40％的轻烧白云石，C含量为98％的石油焦，粘度2Pa.S，碳含量为85％的改性沥青树脂结合剂为原料，按照轻烧白云石：石油焦＝80：20的质量比，加入φ2000×4000的球磨机内进行球磨混合20分钟后出料。将该混合好的料加入750型强力混练机内，外加混合料的5％的改性沥青树脂结合剂进行混料10分钟，然后出料，到成球机，进行挤压成φ40球.将该球加入到感应烧结炉内，进行通电加热到1500°C，同时开启真空泵和空压机，并向冷凝器内通冷却介质对产生的反应气体进行冷却，这样就得到了金属镁锭和燃料CO气体。

实施例4

使用的炭为用后镁碳砖中的碳，MgO的含量等同实施例1、2或3。

Claims (7)

1.一种冶炼金属镁的方法，其特征在于以氧化镁和碳为原料，按照氧化镁质量百分数为70-80％，碳质量百分数为20-30％的配比并外加质量百分数为5-12％的碳素结合剂进行混料，混料后通过成球→高温反应烧结炉→产生金属镁气体进入冷凝器→金属镁锭→精炼得到金属镁。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：

a)所述的氧化镁是轻烧氧化镁、轻烧白云石、水镁石、菱镁矿或用后镁碳砖中的氧化镁以及它们的组合；

b)所述的碳是指用后镁碳砖中的碳、焦炭、石油焦、煤、沥青焦、碳黑或石墨中的一种；所述的用后镁碳砖即为以使用后从炉子上拆下来的镁碳砖；

c)所述的碳素结合剂为酚醛树脂、呋喃树脂或改性沥青树脂；

d)所述的高温反应烧结炉为真空碳管感应炉或真空碳管电阻炉；烧成温度为1450-1650℃；

e)所述的混料时间是氧化镁和碳先在球磨机内混合10-20分钟，然后再加入碳素结合剂后混料10-15分钟。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于高温反应烧结炉的操作步骤为：

(a)首先把氧化镁和碳成球后的原料加到感应炉内，通电并给感应炉和真空室(2)通冷却水，加热氧化镁和碳的混合料；

(b)当温度在800°C前时，关闭真空阀门(1)和(2)，开启真空泵，达到要求的真空度小于10乇，随着温度升高，镁和CO气体放出，并进入冷凝器；

(c)通过控制冷却水的冷却强度，控制Mg气体在真空室(2)内冷凝成固体。到一定量取出来；

(d)真空泵放出来的CO，经过空压机增压，把CO增压送入到CO储罐里，CO作为燃料使用；

(e)当反应到一定程度时，关上阀门(1)、开启阀门(2)，对感应炉膛进行加料。然后关上阀门(2)，开启阀门(1)，对加料管进行加料；

(f)产生的镁气体进入冷凝器，冷凝器周围内腔通冷却介质进行冷却，使温度冷却到600-900°C；金属镁呈液态。随后凝固成金属镁锭，冶炼精炼成金属Mg，其纯度可达99％以上。

4.按权利要求2所述的方法，其特征在于所述的真空感应炉的内衬由两部分组成：靠近感应线圈处用钙质干式捣打料而内侧采用炭质材料。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于氧化镁和碳反应产生的一氧化碳通过冷凝器进行回收。

6.按权利要求2所述的方法，其特征在于石油焦和焦炭的粘度为1-3Pa·S。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于不外加碳素结合剂。

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