CN103805791A

CN103805791A - 粗镁除铝精炼方法及粗镁除铝精炼熔剂

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Publication number: CN103805791A
Application number: CN201410074615.9A
Authority: CN
Inventors: 朱福兴; 程晓哲; 马尚润; 陈斌; 李开华; 穆天柱; 邓兵; 张瑶
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: CN103805791B

Abstract

本发明提供了一种粗镁除铝精炼方法及粗镁除铝精炼熔剂。所述方法包括以下步骤：熔化精炼熔剂基体，所述精炼熔剂基体的成分按质量百分比计包括15%～40%的KCl和5%～50%的MgCl₂；将Na₂O和/或K₂O溶解至所述精炼熔剂基体中；向溶解有Na₂O和/或K₂O的精炼熔剂基体中加入粗镁原料，进行精炼；精炼结束后，进行沉降和澄清处理，得到精制金属镁。本发明的优点包括：能够提供适合于粗镁除铝精炼的精炼熔剂及精炼方法，而且能够在有效除去粗镁中的铝杂质的情况下，不造成镁的损失，且周期短、效率高。

Description

粗镁除铝精炼方法及粗镁除铝精炼熔剂

技术领域

本发明涉及粗镁除铝精炼制备精镁技术领域，具体来讲，涉及一种粗镁除铝精炼方法以及一种粗镁除铝精炼熔剂。

背景技术

总所周知，镁是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料，应用广泛，被誉为21世纪的绿色工程材料。目前，镁生产主要有电解法和皮江法（硅热还原法），皮江法因工艺落后、生产效率低、能耗高、环境污染重等问题制约了其发展，而电解法生产镁具有工艺简单、可连续化生产、自动化程度高等优点而被广泛应用，尤其适合海绵钛生产联合企业的整个系统的氯-镁循环。

然而，通常来讲，电解出来的镁属于粗镁，其中往往含有某些杂质元素，例如，粗镁中的杂质成分范围按质量百分含量计通常可以为：Fe0.03～0.05，Si0.02～0.06，Ni0.01～0.02，Cu0.0001～0.002，Mn0.0.003～0.006，Al0.001～0.005，Ca0.0025，Ti0.005，Cl₂0.015，N₂0.002～0.2，O₂0.02。为获得质量合格的精镁，可采用熔剂精炼降低其杂质元素含量，利用熔剂及沉澄作用，可除去粗镁中的非金属杂质元素及钠、钾等金属杂质元素，并可向体系中添加一定的Ti、Zr、Mn等元素以除去粗镁中的金属元素，如：Fe、Al、Ni、Cu等。

然而，就某海绵钛厂生产企业而言，其粗镁经精炼后获得的精镁中常出现铝含量超标的情况，这严重影响海绵钛产品质量，而采用加Ti、Zr、Mn等元素的方法对粗镁中的Al进行清除，存在生产周期长、机械强度大、易出现新污染等问题，使得精炼成本大大增加。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

例如，本发明的目的之一在于提供一种能够有效地去除粗镁中Al的精炼方法以及一种能够用于对粗镁进行除铝精炼的精炼熔剂。

本发明一方面提供了一种粗镁除铝精炼方法。所述方法包括以下步骤：熔化精炼熔剂基体，所述精炼熔剂基体的成分按质量百分比计包括15%～40%的KCl和5%～50%的MgCl₂；将Na₂O和/或K₂O溶解至所述精炼熔剂基体中；向溶解有Na₂O和/或K₂O的精炼熔剂基体中加入粗镁原料，进行精炼；精炼结束后，进行沉降和澄清处理，得到精制金属镁。

在本发明的粗镁除铝精炼方法的一个示例性实施例中，所述Na₂O和/或K₂O的加入质量可占所述精炼熔剂基体质量的0.5%～2%。

在本发明的粗镁除铝精炼方法的一个示例性实施例中，所述将Na₂O和/或K₂O溶解至所述精炼熔剂基体中的步骤可控制熔盐体系温度为700℃～800℃。

本发明的另一方面提供了一种粗镁除铝精炼熔剂。所述精炼熔剂由高温熔盐基体和溶解于高温熔盐基体中的Na₂O和/或K₂O构成，其中，所述高温熔盐基体的成分按质量百分比计包括15%～40%的KCl和5%～50%的MgCl₂。

在本发明的粗镁除铝精炼熔剂的一个示例性实施例中，所述Na₂O和/或K₂O的加入质量可占所述高温熔盐基体质量的0.5%～2%。

与现有技术相比，本发明能够提供一种适合于粗镁除铝精炼的精炼熔剂；能够提供一种对粗镁进行除铝精炼的方法，而且能够在有效除去粗镁中的铝杂质的情况下，不造成镁的损失，且周期短、效率高。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的粗镁除铝精炼方法及粗镁除铝精炼熔剂。

根据本发明一方面的粗镁除铝精炼方法包括以下步骤：熔化精炼熔剂基体，所述精炼熔剂基体的成分按质量百分比计包括15%～40%的氯化钾（KCl）和5%～50%的氯化镁（MgCl₂）；将氧化钠（Na₂O）和/或氧化钾（K₂O）溶解至上述已经熔化的精炼熔剂基体中；向溶解有Na₂O和/或K₂O的精炼熔剂基体中加入粗镁原料，进行精炼；精炼结束后，进行沉降和澄清处理（例如，沉降和澄清处理的时间可以为30min以上），得到精制金属镁。

对于本发明的粗镁除铝精炼方法而言，其精炼熔剂基体为含有15%～40%氯化钾和5%～50%氯化镁的熔盐，因此，氧化钠和/或氧化钾能够很好地溶解在该精炼熔剂基体中，并且其可以具有预定的溶解度，而且不会沉至渣中，从而能够使得精炼反应具有良好的动力学条件。

在本发明的粗镁除铝精炼方法中，相关物质将发生如下面的式（1）至式（3）的精炼反应。具体来讲，氧化钠（和/或氧化钾）与粗镁中的铝和镁发生如下面的式（1）和式（2）的反应：

2Al+3Na₂O(K₂O)=Al₂O₃+6Na(K) (1)

Mg+Na₂O(K₂O)=MgO+2Na(K) (2)

式（1）和式（2）反应产生的钠（和/或钾）将与精炼熔剂基体中的氯化镁发生如下面式（3）的反应：

2Na(K)+MgCl₂=2NaCl(KCl)+Mg (3)

经过上述反应，本发明的方法能够有效地将粗镁中的铝转化为氧化铝，并能够在重力条件下使之沉降至反应体系底部，而且反应过程中产生的钾和/或钠则与反应体系中的氯化镁（氯化镁主要来自精炼熔剂基体，不过粗镁中也可含有少量氯化镁）反应生成金属镁，而实现金属镁的零损失。

通过上面对本发明的主要反应机理的描述，可以看出，对于本发明的精炼熔剂基体（也可称为高温熔盐基体）而言，其中含有按质量百分比计15%～40%氯化钾和5%～50%氯化镁，优选地，也可以为20%～35%氯化钾和20%～40%氯化镁。当然，本发明的精炼熔剂基体也可在此基础之上包括氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl₂）、氯化钡（BaCl₂）、氟化镁（MgF₂）和氟化钙（CaF₂）等中的一种或多种，甚至于也可含有少量（例如，不超过5%）的氧化硼（B₂O₃）。例如，精炼熔剂基体的成分可以由15%～40%的氯化钾（KCl）、0%～15%的氯化钠（NaCl）、20%～50%的MgCl₂和0%～10%的CaCl₂组成；精炼熔剂基体的成分也可以由0%～15%的BaCl₂、2～20%MgF₂、20%～40%MgCl₂、20%～40%KCl和少量的CaF₂、B₂O₃等构成。

在本发明的方法中，所述将氧化钠（Na₂O）和/或氧化钾（K₂O）溶解至上述已经熔化的精炼熔剂基体的步骤中，Na₂O和/或K₂O的加入量（即，Na₂O的加入量、K₂O的加入量或者Na₂O和K₂O加入总量）应能够使其完全溶解在已经熔化的精炼熔剂基体中。例如，在精炼温度为700℃～800℃的范围内，Na₂O和/或K₂O在含有15%～40%的氯化钾（KCl）和5%～50%的氯化镁（MgCl₂）的熔盐基体中约有2%左右的溶解度，因此，Na₂O和/或K₂O的加入量以不大于熔盐基体的2%为宜，优选为0.5%～2%。如果加入的Na₂O和/或K₂O过量，则不仅会带来对金属镁的污染，还会造成原料的浪费。更加优选地，根据粗镁中铝含量状况来确定熔盐基体中Na₂O和/或K₂O的溶解量，例如，熔盐基体中Na₂O和/或K₂O的溶解量高于Na₂O和/或K₂O的理论消耗量的1%～5%。

在本发明的方法中，将Na₂O和/或K₂O溶解至所述精炼熔剂基体中的步骤可以控制熔盐体系温度为700℃～800℃。精炼温度也可控制为700℃～800℃，然而，本发明不限于此。例如，精炼温度也可以为比800℃更高的温度，同时为了避免因高温而导致镁的损耗，可将精炼体系的气氛设置为惰性气氛。

本发明能够有效去除粗镁中的Al杂质。例如，本发明的方法能够有效对按质量百分比计含有不低于98%的金属镁和不大于2%的金属铝的粗镁进行精炼除铝。

根据本发明另一方面的粗镁除铝精炼熔剂可以由高温熔盐基体（也可称为精炼熔剂基体）和溶解于高温熔盐基体中的Na₂O和/或K₂O构成，其中，所述高温熔盐基体的成分按质量百分比计包括15%～40%的氯化钾（KCl）和5%～50%的氯化镁（MgCl₂）。

在本发明中，由于氧化钠(和/或氧化钾)能够溶入精炼熔剂基体中，因此，精炼反应属于液液反应，反应效率高，除铝效果明显较添加Ti、Zr等金属好。此外，本发明的生产周期短，也不需要延长精炼周期。另外，在本发明中，由于氧化钠(和/或氧化钾)能够与粗镁中的镁和铝反应转化为氧化镁和氧化铝，并通过沉降除去，因此，不存在氧化钠或氧化钾对精镁的污染，产生的钠和/或钾可与氯化镁进行充分反应而除去，因而不存在新物质对精镁的污染问题。

下面结合具体示例对本发明的具体实施方式做进一步描述，并不因此将本发明限制在所描述的具体实例范围内。在下面示例中，通过净化率效率来评判净化的效果，并将净化前后产品中的铝含量差与净化前铝含量(即粗镁中铝含量)的比值计为净化率效率η。

示例1

选取某厂镁精炼炉，其熔剂成分为40%KCl、25%MgCl₂、30%NaCl和5%CaCl₂，向其中添加质量分数为2%氧化钠粉末，搅拌使其充分溶解后，加入铝含量为0.12%的粗镁5t精炼澄清30min，取样分析精镁中铝含量为0.004%，完全达到一级镁标准中铝含量≤0.006的要求，净化率效率η为：η=(0.12-0.004)/0.12×100%=96.6%。

对比例1

选取某厂镁精炼炉，其熔剂成分为40%KCl、25%MgCl₂、30%NaCl和5%CaCl₂，向其中添加质量分数为1%金属钛粉末，加入铝含量为0.12%、Ti含量为0.005%的粗镁5t精炼搅拌30min后澄清30min，取样分析精镁中铝含量为0.018%，净化率效率η为：η=(0.12-0.018)/0.12×100%=85%。

示例2

选取某厂镁精炼炉，其熔剂成分为25%KCl、50%MgCl₂、15%NaCl和10%CaCl₂，向其中添加质量分数为3%氧化钾粉末，搅拌使其充分溶解后，加入铝含量为0.15%的粗镁5t精炼澄清30min，取样分析精镁中铝含量为0.006%，达到一级镁标准中铝含量≤0.006的要求，净化率效率η为：η=(0.15-0.006)/0.15×100%=96%。

示例3

选取某厂镁精炼炉，其熔剂成分为40%KCl、38%MgCl₂、10%NaCl、10%CaCl₂和2%CaF₂，向其中添加质量分数为2%氧化钾和1%氧化钠粉末，搅拌使其充分溶解后，加入铝含量为0.09%的粗镁5t精炼澄清45min，取样分析精镁中铝含量为0.005%，达到一级镁标准中铝含量≤0.006的要求，净化率效率η为：η=(0.09-0.005)/0.09×100%=94.4%。

综上所述，本发明能够实现了对粗镁中铝的有效净化（例如，净化率效率η可达94%以上），且不会造成金属镁损失，也不影响精炼周期。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims

1.一种粗镁除铝精炼方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

熔化精炼熔剂基体，所述精炼熔剂基体的成分按质量百分比计包括15%～40%的KCl和5%～50%的MgCl₂；

将Na₂O和/或K₂O溶解至所述精炼熔剂基体中；

向溶解有Na₂O和/或K₂O的精炼熔剂基体中加入粗镁原料，进行精炼；

精炼结束后，进行沉降和澄清处理，得到精制金属镁。

2.根据权利要求1所述的粗镁除铝精炼方法，其特征在于，所述Na₂O和/或K₂O的加入质量占所述精炼熔剂基体质量的0.5%～2%。

3.根据权利要求1所述的粗镁除铝精炼方法，其特征在于，所述将Na₂O和/或K₂O溶解至所述精炼熔剂基体中的步骤控制熔盐体系温度为700℃～800℃。

4.一种粗镁除铝精炼熔剂，其特征在于，所述精炼熔剂由高温熔盐基体和溶解于高温熔盐基体中的Na₂O和/或K₂O构成，其中，所述高温熔盐基体的成分按质量百分比计包括15%～40%的KCl和5%～50%的MgCl₂。

5.根据权利要求4所述的粗镁除铝精炼熔剂，其特征在于，所述Na₂O和/或K₂O的加入质量占所述高温熔盐基体质量的0.5%～2%。