CN104164576B - 制备金属镁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了制备金属镁的方法，包括：将白云石在回转窑中进行煅烧处理，以便得到煅白和尾气；将煅白与硅铁和萤石进行混合处理，以便得到混合物料；将混合物料进行球磨处理，以便得到颗粒混合物料；将颗粒混合物料进行压球处理，以便得到球团物料；将球团物料布入转底炉内的进料区，位于进料区内的球团物料在预热区、加热区内被逐渐加热后进去高温区，球团物料在高温区内进行还原反应，以便得到镁蒸汽、烟气和炉渣；以及将镁蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属镁。本发明实施例的制备金属镁的方法工艺简单、能耗低。采用转底炉进行还原反应可以连续化生产金属镁，提高了产率，实现了金属镁的高效生产。

Description

制备金属镁的方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体而言，本发明涉及制备金属镁的方法。

背景技术

镁及镁合金作为一种新型的应用材料，近年来已广泛应用于军用、民用领域的许多方面；镁合金作为最轻的结构材料，能满足交通运输业日益严格的节能和尾气排放的要求。

我国是世界上镁资源最为丰富的国家之一，镁资源矿石类型全，分布广，总储量占世界的22.5％，居世界第一：菱镁矿储量居世界首位，已探明菱镁矿储量34亿吨，占世界菱镁矿总储量的28.3％；我国含镁白云石矿丰富，现已探明储量40亿吨以上。原镁产量居于世界第一位，占世界总产量的70％多。

虽然我国生产镁及镁合金的企业数量多，但却小而分散，技术落后，能耗高，环境污染严重，经济效益较差。政府对镁工业的可持续性发展提出了较高的要求，镁资源综合利用和镁材料开发已成为高新技术及产业化发展的重要领域，改进原镁冶炼技术就显得十分必要。

目前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，阴极得到金属镁沉淀，阳极放出氯气。缺点是：阳极放出的氯气，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汽后再经过冷凝得到金属镁。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。

我国传统的炼镁多采用符合我国国情的皮江法炼镁工艺，其工艺实质是将白云石在回转窑中煅烧，然后经研磨与硅粉和萤石粉混合制球，送入耐热钢还原罐内，在1190℃～1210℃的温度及真空条件下，还原产生金属镁蒸汽，金属镁蒸汽在罐口冷凝为金属镁晶体后制成粗镁，最后经熔剂精炼、铸锭、表面处理、产生金属镁锭。

传统的制备金属镁的方法存在的问题是生产周期最长可达12小时，压球压力大，还原罐消耗成本高，金属镁回收率低，平均只为65％左右与世界先进技术比低15～20％，能耗高，经济效益差，环境污染严重，还原渣难以利用，且难以实现连续生产等。

因此，现有用于制备金属镁的工艺有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有能耗低、且能够连续制备金属镁的方法。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种制备金属镁的方法，包括：

将白云石在回转窑中进行煅烧处理，以便得到煅白和尾气；

将所述煅白与硅铁和萤石进行混合处理，以便得到混合物料；

将所述混合物料进行球磨处理，以便得到颗粒混合物料；

将所述颗粒混合物料进行压球处理，以便得到球团物料；

将所述球团物料布入转底炉内的进料区，位于所述进料区内的所述球团物料在预热区、加热区内被逐渐加热后进去高温区，所述球团物料在所述高温区内进行还原反应，以便得到镁蒸汽、烟气和炉渣；以及

将所述镁蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属镁。

由此，本发明上述实施例的制备金属镁的方法工艺简单、能耗低。采用转底炉进行还原反应可以连续化生产金属镁，提高了产率，实现了金属镁的高效生产。

另外，根据本发明上述实施例的制备金属镁的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述煅烧处理的温度为1200～1250摄氏度。

在本发明的一些实施例中，所述混合处理是按照下列步骤进行的：

将所述煅白与硅铁按照MgO与Si(Fe)的摩尔比为2.2～2.8进行混合；

向含有所述煅白和硅铁混合物中加入所述萤石，以便得到所述混合物料，所述萤石的加入量为含有所述煅白和硅铁混合物重量的2～3％。

在本发明的一些实施例中，所述颗粒混合物料的平均粒径为0.2～1mm。

在本发明的一些实施例中，所述球团物料的平均粒径为10～30mm。

在本发明的一些实施例中，所述转底炉为蓄热式转底炉。

在本发明的一些实施例中，所述还原反应是在强还原性气氛中进行的，所述强还原性气氛为CO气氛或者H₂气氛。

在本发明的一些实施例中，所述还原反应是在1200～1250摄氏度和5～20Pa的压力下进行1～4小时而完成的。

在本发明的一些实施例中，上述实施例的制备金属镁的方法进一步包括：利用所述回转窑内产生的所述尾气对所述白云石进行预热。

在本发明的一些实施例中，所述冷凝处理进一步包括：

利用所述转底炉烟道内设置的水冷装置对所述镁蒸汽进行第一冷却处理，使所述镁蒸汽的温度降至不高于1100摄氏度；

将经过所述第一冷却处理的镁蒸汽进行第二冷却处理，使所述镁蒸汽的温度降至不高于650摄氏度；

将经过第二冷却处理的镁蒸汽进行冷凝处理，以便得到所述金属镁。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制备金属镁的方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种制备金属镁的方法。根据本发明实施例的制备金属镁的方法具体包括：

将白云石在回转窑中进行煅烧处理，以便得到煅白和尾气；

将所述煅白与硅铁和萤石进行混合处理，以便得到混合物料；

将所述混合物料进行球磨处理，以便得到颗粒混合物料；

将所述颗粒混合物料进行压球处理，以便得到球团物料；

将所述球团物料布入转底炉内的进料区，位于所述进料区内的所述球团物料在预热区、加热区内被逐渐加热后进去高温区，所述球团物料在所述高温区内进行还原反应，以便得到镁蒸汽、烟气和炉渣；以及

将所述镁蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属镁。

由此，本发明上述实施例的制备金属镁的方法工艺简单、能耗低。采用转底炉进行还原反应可以连续化生产金属镁，提高了产率，实现了金属镁的高效生产。

下面参考图1描述本发明实施例的制备金属镁的方法。

S100：煅烧处理

首先，将白云石在回转窑中进行煅烧处理，以便得到煅白和尾气。本发明提到的“煅白”均为白云石经过煅烧后得到的产物，其主要成分为氧化镁和氧化钙。根据本发明的具体实施例，经过煅烧处理可以使得白云石中的镁主要以氧化镁的形式存在。根据本发明的具体示例，可以在煅烧处理前将白云石破碎成颗粒，具体可以破碎至平均粒径不大于50毫米。由此可以方便煅烧，提高煅烧处理的效率。

根据本发明的具体实施例，具体的煅烧条件并不受特别限制，但发明人发现，如果很好地控制煅烧的温度、压力以及时间的调配，可以显著提高煅烧效率，使白云石中的镁完全转化为氧化镁。例如，煅烧处理可以在1200～1250摄氏度和5～20Pa压力下进行1～4小时而完成的。通过采用上述煅烧条件可以提高煅烧效率，同时降低能耗。

根据本发明的具体实施例，煅烧处理在回转窑中进行。具体地，所用的回转窑窑尾可以设置竖式预热器，利用回转窑内产生的烟气对煅烧前的白云石进行预热。由此不仅提高了回转窑的热利用率，同时经过预热后的白云石煅烧效果也更好。

S200：混合处理

其次，将上述煅烧处理得到的煅白进行配料。根据本发明的具体实施例，将煅白与硅铁和萤石进行混合处理，以便得到混合物料。其中，硅铁作为煅白的还原剂，萤石作为溶剂使用。根据本发明的具体实施例，首先将煅白与硅铁进行混合，得到第一混合物，其次向第一混合物中加入萤石，以便得到上述混合物料。

根据本发明的具体示例，煅白与硅铁的混合配比可以按照MgO与Si(Fe)的摩尔比来控制。本发明实施例的制备金属镁的方法是按照MgO与Si(Fe)的摩尔比为2.2～2.8将煅白与硅铁进行混合的。由此可以进一步提高金属镁的产率和纯度。根据本发明的具体示例，MgO与Si(Fe)的摩尔比可以优选为2.5，由此可以进一步提高还原效率，提高金属镁的产率和纯度。

根据本发明的具体示例，萤石作为溶剂的加入量可以根据煅白与硅铁的混合物的总质量来确定。根据本发明的具体示例，可以向煅白和硅铁的第一混合物中加入第一混合物的总质量2～3重量％的萤石，以便得到混合物料。由此可以进一步提高金属镁的回收率。

S300：球磨处理

进一步地，将上述得到的含有煅白、硅铁和萤石的混合物料进行球磨处理，以便得到由此可以使其混合均匀，同时提高三者接触面积，方便后续压球处理，最终提高还原效率，提高金属镁回收率。

本发明的发明人发现，对上述混合物料的粉磨粒度不宜太粗，也不宜过细。粒度太粗对混合物料的成球性和还原效果会产生不利影响，粒度过细，其中的硅铁则容易被氧化。并且本发明的发明人发现，将上述混合物料球磨至平均粒径为0.2～1mm可以有效避免上述情况，同时还可以显著提高还原效率和金属镁的回收率。

S400：压球处理

将上述球磨得到颗粒混合物料进行压球处理，以便得到球团物料。由此可以方便后续的还原反应，提高金属镁回收率。根据本发明的具体实施例，压球处理可以采用高压压球机进行。由此可以提高压球效率。

根据本发明的具体实施例，经过压球处理得到的球团物料的平均粒径并不受特别限制，本发明实施例的制备金属镁的方法优选压球得到平均粒径为10～30mm的球团物料。由此可以进一步提高还原效果，提高金属镁的回收率。

S500：还原反应

根据本发明的具体实施例，进一步地，将上述压球处理得到的球团物料进行还原。具体地，本发明实施例的制备金属镁的方法采用转底炉进行还原反应。由此简化了传统的生产金属镁工艺，使生产过程具有连续性，提高了生产率，实现金属镁的高效生产。同时采用转底炉进行还原反应，避免了对真空还原罐的消耗，显著降低了生产成本，提高了经济效益。

根据本发明的具体实施例，还原反应具体按照下列步骤进行：首先将球团物料布入转底炉内的进料区，位于进料区内的球团物料在预热区、加热区内被逐渐加热后进去高温区，球团物料在高温区内进行还原反应，以便得到镁蒸汽、烟气和炉渣。由此采用转底炉制备金属镁可以简化生产工艺，并且还原效率高，金属镁回收率高。

根据本发明的具体实施例，还原反应是在强还原性气氛中进行的，根据本发明的具体实施例，可以使转底炉内保持CO气氛或H₂气氛。由此可以进一步提高金属镁还原率。由于转底炉具有炉内气氛的可控性，因此还原反应所需的强还原性气氛较容易控制和维持，进而可以实现高效生产金属镁的目的。具体可以通过对转底炉烧嘴和还原区域的控制，使得转底炉高温区内形成强还原性气氛，极大的促进了金属镁的还原并能防止其再氧化。

根据本发明的具体实施例，球团物料的还原反应具体是在1200～1250摄氏度和5～20Pa的压力下进行的。具体的还原反应时间为1～4小时。由此本发明较现有的制备金属镁的工艺显著缩短了还原时间，降低了能耗。

根据本发明上述实施例的制备金属镁的方法采用的转底炉优选为蓄热式转底炉。由此将蓄热式燃烧技术应用到本发明的制备金属镁的方法中，可实现金属镁的高效还原，同时还可以使转底炉内余热得到高效回收利用，提高了能源的热利用效率。根据本发明的具体实施例，采用蓄热式转底炉还原生产金属镁，还可以显著缩短了金属镁生产所需的还原时间，降低了生产成本。另外，采用蓄热式转底炉还原生产金属镁，还可采用低热值煤气作燃料，充分实现低热值燃料的综合利用。进而可以显著降低制备金属镁的成本和能耗。

根据本发明的具体实施例，采用蓄热式转底炉生产金属镁，可得到金属镁的还原率在95％以上，金属镁块纯度在98％以上的最终产品，产品指标好，且工艺过程节能环保，经济效益显著。

S600：冷凝处理

根据本发明的具体实施例，进一步地，将上述转底炉内高温区产生的镁蒸汽进行冷凝处理，得到镁结晶，镁结晶冷却至室温即可得到金属镁块。

本发明上述实施例的制备金属镁的方法采用了转底炉进行还原反应还具有另一方面的优势。具体地，在转底炉高温区顶部的烟道内设置有专门的间接水冷的装置，由此将镁蒸汽从烟道排出，可以同时实现镁蒸汽的冷凝收集。进而可以进一步提高了制备金属镁的效率。

根据本发明的具体实施例，对镁蒸汽进行冷凝处理可以进一步包括：

利用转底炉烟道内设置的水冷装置对镁蒸汽进行第一冷却处理，使镁蒸汽的温度降至不高于1100摄氏度；

将经过第一冷却处理的镁蒸汽进行第二冷却处理，使镁蒸汽的温度降至不高于650摄氏度；

将经过第二冷却处理的镁蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属镁。

由此，采用上述冷凝处理的步骤可以有效地、快速地将镁蒸汽进行冷凝得到金属镁。进而为制备金属镁工艺节省了时间，提高了生产效率。

根据本发明的具体实施例，还原反应得到的炉渣可以从转底炉的出料口排出，并将炉渣的进行了综合利用，实现冶炼过程固体污染物的零排放，不仅实现了节能环保的目的，而且经济效益显著。

根据本发明上述实施例的制备金属镁方法具有下列技术效果：

1.采用转底炉生产金属镁工艺代替了传统的工艺，使得金属镁生产工艺的大型化连续化生产成为可能；

2.采用转底炉还原生产金属镁，简化了金属镁的生产工艺，使生产过程具有连续性，提高了生产率，实现金属镁的高效生产；

3.使得球团物料在转底炉内还原，避免了对真空还原罐的消耗，显著降低了生产成本，提高了经济效益；

4.在回转窑窑尾设置竖式预热器，用烟气预热白云石可合理利用回转窑尾气热能，不仅提高了回转窑的热利用率，预热后的白云石的煅烧的效果也更好；

5.将蓄热式燃烧技术应用于转底炉内，不仅实现了金属镁的高效还原，还使转底炉内余热得到高效回收利用，提高了能源的热利用效率；

6.采用蓄热式转底炉还原生产金属镁，显著缩短了金属镁生产所需的还原时间，降低了生产成本；

7.采用蓄热式转底炉还原生产金属镁，还可采用低热值煤气作燃料，充分实现低热值燃料的综合利用；

8.将生产金属镁过程中产生的炉渣的进行了综合利用，实现冶炼过程固体污染物的零排放，不仅实现了节能环保的目的，而且经济效益显著；

9.采用蓄热式转底炉生产金属镁的工艺，可得到金属镁的还原率在95％以上，金属镁块纯度在98％以上的最终产品，产品指标好，且工艺过程节能环保，经济效益显著。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

将白云石破碎至平均粒径不大于25mm，在回转窑进行煅烧，煅烧温度为1250℃；将冷却至室温的“煅白”与还原剂硅铁按Si(Fe)：MgO＝2.2(按摩尔比计)配料，再添加两种混合料总的2％的萤石，经混匀后，送入球磨机内进行粉磨至平均粒径为0.2mm，在压球机压力为10MPa时将混合料压成椭圆状球团；控制转底炉内为强还原性气氛，转底炉最高还原温度为1200℃，炉内压力在8～10Pa之间，将球团通过振动给料机不断地布入转底炉内，球团随转底炉转动依次经过进料区、预热区、加热区、高温区、控制区、出料区进行还原，还原时间为4h，在还原过程中产生的金属镁蒸汽在炉顶的冷凝器上结晶，冷凝器的温度约为500℃，镁结晶通过冷凝管收集至特定装置内，冷却至室温后即得到金属镁块；最后炉渣从出料口排出，将炉渣余温回收利用，冷却的炉渣制成硅酸钙肥。最终得到金属镁块纯度为99％，金属镁的回收率在85％以上，指标较好，经济效益显著。

实施例2

将白云石破碎至平均粒径不大于35mm，在回转窑进行煅烧，煅烧温度为1200℃；将冷却至室温的“煅白”与还原剂硅铁按Si(Fe)：MgO＝2.8(按摩尔比计)配料，再添加两种混合料总的3％的萤石，经混匀后，送入球磨机内进行粉磨至平均粒径1mm以下，在压球机压力为10MPa时将混合料压成椭圆状球团；控制转底炉内为强还原性气氛，转底炉最高还原温度为1250℃，炉内压力在18～20Pa之间，将球团通过振动给料机不断地布入转底炉内，球团随转底炉转动依次经过进料区、预热区、加热区、高温区、控制区、出料区进行还原，还原时间为1h，在还原过程中产生的金属镁蒸汽在炉顶的冷凝器上结晶，冷凝器的温度约为600℃，镁结晶通过冷凝管收集至特定装置内，冷却至室温后即得到金属镁块；最后炉渣从出料口排出，将炉渣余温回收利用，冷却的炉渣制成硅酸钙肥。最终得到金属镁块纯度为98％，金属镁的回收率在85％以上，指标较好，经济效益显著。

实施例3

将白云石破碎至平均粒径不大于35mm，在回转窑进行煅烧，煅烧温度为1200℃；将冷却至室温的“煅白”与还原剂硅铁按Si(Fe)：MgO＝2.5(按摩尔比计)配料，再添加两种混合料总的3％的萤石，经混匀后，送入球磨机内进行粉磨至平均粒径0.5mm以下，在压球机压力为10MPa时将混合料压成椭圆状球团；控制转底炉内为强还原性气氛，转底炉最高还原温度为1220℃，炉内压力在13～15Pa之间，将球团通过振动给料机不断地布入转底炉内，球团随转底炉转动依次经过进料区、预热区、加热区、高温区、控制区、出料区进行还原，还原时间为2h，在还原过程中产生的金属镁蒸汽在炉顶的冷凝器上结晶，冷凝器的温度约为600℃，镁结晶通过冷凝管收集至特定装置内，冷却至室温后即得到金属镁块；最后炉渣从出料口排出，将炉渣余温回收利用，冷却的炉渣制成硅酸钙肥。最终得到金属镁块纯度为98％，金属镁的回收率在85％以上，指标较好，经济效益显著。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种制备金属镁的方法，其特征在于，包括：

将白云石在回转窑中进行煅烧处理，以便得到煅白和尾气；

将所述煅白与硅铁和萤石进行混合处理，以便得到混合物料；

将所述混合物料进行球磨处理，以便得到颗粒混合物料；

将所述颗粒混合物料进行压球处理，以便得到球团物料；

将所述球团物料布入转底炉内的进料区，位于所述进料区内的所述球团物料在预热区、加热区内被逐渐加热后进去高温区，所述球团物料在所述高温区内进行还原反应，以便得到镁蒸汽、烟气和炉渣；以及

将所述镁蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属镁，

其中，所述煅烧处理是在1200～1250摄氏度和5～20Pa压力下进行1～4小时而完成的，

所述还原反应是在强还原性气氛中进行的，所述强还原性气氛为CO气氛或者H₂气氛，

所述球团物料的平均粒径为10～30mm，

所述混合处理是按照下列步骤进行的：

将所述煅白与硅铁进行混合；

向含有所述煅白和硅铁混合物中加入所述萤石，以便得到所述混合物料，所述萤石的加入量为含有所述煅白和硅铁混合物重量的2～3％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒混合物料的平均粒径为0.2～1mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转底炉为蓄热式转底炉。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原反应是在1200～1250摄氏度和5～20Pa的压力下进行1～4小时而完成的。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：利用所述回转窑内产生的所述尾气对所述白云石进行预热。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷凝处理进一步包括：

利用所述转底炉烟道内设置的水冷装置对所述镁蒸汽进行第一冷却处理，使所述镁蒸汽的温度降至不高于1100摄氏度；

将经过所述第一冷却处理的镁蒸汽进行第二冷却处理，使所述镁蒸汽的温度降至不高于650摄氏度；

将经过第二冷却处理的镁蒸汽进行冷凝处理，以便得到所述金属镁。