CN105695767B - 一种真空半连续炼镁还原装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种真空半连续炼镁还原装置及方法，还原装置包括反应装置、金属镁收集器、排渣装置、送料装置及净化真空装置。在真空条件下，利用聚集太阳光或激光经过透镜直接照射反应物的表面并发生还原反应生成金属镁粉，而且还原过程不产生污染环境的有害气体和物质，提高了热量利用效率，缩短了冶炼周期，生产了高纯金属镁粉，降低了金属镁粉的生产成本和减少环境污染，实现镁冶炼行业可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及有色冶金行业的金属镁冶炼领域，尤其是涉及一种利用聚集太阳光或激光加热实现半连续炼镁工艺的还原装置及方法。
背景技术
镁的生产方法主要有热还原法与电解法两类，目前，世界镁产量的80％由热还原法中的“皮江法”生产。然而，现行的“皮江法”炼镁工艺存在许多缺陷，主要体现在:(1)反应速率慢，典型的工艺过程中还原反应周期长达10-12小时，效率低下；(2)采用火焰外部加热，热量由反应器外部逐渐传导到内部，周期长，热能损失大，热能利用率低，专业分析认为典型工艺的热能利用率只有20％左右；(3)横罐一般采用含有镍、铬的昂贵的耐热钢，消耗很快，成本高；(4)排放含有二氧化硫等有害气体的烟尘，严重污染环境，劳动环境恶劣，对周围生态环境负面影响大。
如CN 1952191A、CN 201942729U、CN 101307389A等专利技术，针对皮江法炼镁工艺的上述不足提出了改进的方法，主要是变火焰加热为清洁能源的电能加热，具体热源有电阻片加热、炉料电阻加热、感应加热等，再一个改进就是变外部加热为内部加热，虽然使用清洁的二次能源电能和改进热量传递方式，但生产成本较高。
发明内容
本发明目的是一种真空半连续炼镁还原装置及方法，在真空条件下，聚集太阳光或激光经过透镜直接照射反应物的表面并发生还原反应生成金属镁粉，而且还原过程不产生污染环境的有害气体和物质，最终降低金属镁粉的生产成本，实现镁冶炼行业可持续发展。
本发明的目的是这样实现的，一种真空半连续炼镁还原装置，其特征在于，包括反应装置、金属镁收集器、排渣装置、送料装置及净化真空装置，具体为：
所述反应装置包括密闭外壳，密闭外壳的内部设有载物台，与载物台正对的密闭外壳的顶部设有入射窗，入射窗上安装透镜，入射窗的上方设有太阳光聚光系统或激光发生系统，密闭外壳上安装有真空表；载物台上设有反应器，反应器为上方开口的活塞结构，其筒壁固定在载物台上，活塞连接在位于其下方升降装置的升降支杆上；反应器旁设有一个通过控制装置控制其往复运动的刮渣板。
所述金属镁收集器包括冷却器，其上部设有镁蒸气入口和排气口，镁蒸气入口通过镁蒸气导管与反应装置相连通，冷却器内的上部设有气流挡板并将镁蒸气入口和排气口隔开，冷却器的底部设有金属镁出口，出口上安装有可拆式收集器；冷却器外壳为夹层水冷结构通过进水口和出水口及阀门控制。
所述排渣装置包括密封箱，密封箱的上下分别设有由阀门控制的入渣口和出渣口，入渣口经密闭外壳底部与反应装置相连通。
所述送料装置包括料仓，料仓出口与导料管的一端连接并由阀门控制，导料管另一端穿过反应装置的密闭外壳并指向反应器的开口。
所述净化真空装置包括净化器和真空泵，净化器的入口经管道与金属镁收集器的排气口相连，净化器的出口经管道与真空泵相连，每段管道上都设有控制阀。
进一步的太阳光聚光系统聚集太阳光为一次聚集太阳光、或二次聚集太阳光中的一种；激光发生系统发生的激光为太阳光转化的激光、CO2激光、光纤激光中的一种。
进一步的金属镁收集器气流挡板与水平面的夹角α为45～90°之间；金属镁收集器的底部为锥形，金属镁出口位于锥形的末端。
一种真空半连续炼镁还原方法，具体操作过程如下：反应器的活塞在升降装置的作用下回到反应器的底部，将含氧化镁和还原剂的球团由料仓通过控制阀门经过导料管进入到反应器中；打开真空控制阀通过真空泵和真空表把整个系统抽真空，太阳光聚集系统或激光发生系统发出太阳光或激光并照射到反应器内球团上，光束在球团表面移动；还原产生的蒸气通过镁蒸气导管进入金属镁收集器中，镁蒸气通过冷却器夹层水冷的方式冷凝成金属镁颗粒并落在可拆式收集盒内；反应器内表面球团反应完全后，活塞在升降装置的作用下把反应后的球团推出筒壁的上沿，然后通过控制装置控制的刮渣板把反应渣球刮下落到反应装置底部，之后活塞在升降装置的作用下恢复到原位，上料装置同时进行装料；渣球通过由阀门控制的入渣口进入到密封箱。
进一步的真空度范围为10～2000Pa。
进一步的聚集太阳光或激光提供热源方式为直接照射，光斑直径为2～20mm，功率为300～4000W，光束为一束或多束。
进一步的聚集太阳光或激光光速移动方式为由内向外螺旋、由外向内螺旋或“弓”字形中的一种，光束移动速率为0.1～10mm/s。
进一步的反应器内球团的厚度范围为10～40mm。
本发明有以下特点和有益效果：
利用无污染的一次能源聚集的太阳光或激光经过透镜直接照射到反应物的表面并提供持续廉价热源，提高了热量利用效率，缩短了冶炼周期，生产了高纯金属镁粉，降低了金属镁粉的生产成本和减少环境污染，实现镁冶炼行业可持续发展。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：101—太阳光聚光系统或激光发生系统；102—透镜；103—刮渣板；104—球团；105—反应器；106—升降支杆；107—载物台；108—真空表；109—密闭外壳；110—升降装置；111—控制装置；201—进水口；202—可拆式收集器；203—气流挡板；204—出水口；207—镁蒸气导管；301—渣球；303—密封箱；305—渣车；401—料仓；403—导料管；501—净化器；503—真空泵；504—管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但不够成对本发明的任何限制。
如图1所示，一种真空半连续炼镁还原装置，包括反应装置、金属镁收集器、排渣装置、送料装置及净化真空装置，具体为：
所述反应装置包括密闭外壳109，密闭外壳109的内部设有载物台107，与载物台107正对的密闭外壳109的顶部设有入射窗，入射窗上安装透镜102，入射窗的上方设有太阳光聚光系统或激光发生系统101。太阳光聚光系统聚集太阳光为一次聚集太阳光、或二次聚集太阳光中的一种；激光发生系统发生的激光为太阳光转化的激光、CO2激光、光纤激光中的一种。密闭外壳109上安装有真空表108，主要用于测量密闭容器内部的压力值。载物台107上设有反应器105，反应器105为上方开口的活塞结构，其筒壁固定在载物台107上，活塞连接在位于其下方升降装置110的升降支杆106上，活塞及升降支杆106通过升降装置110实现自动升降功能；反应器105旁设有一个通过控制装置111控制其往复运动的刮渣板103。反应装置及反应器横截面为圆形、椭圆、方形或其为他易加工的形状。
所述金属镁收集器包括冷却器，其上部设有镁蒸气入口和排气口，镁蒸气入口通过镁蒸气导管207与反应装置相连通。冷却器内的上部设有气流挡板203并将镁蒸气入口和排气口隔开，气流挡板203与水平面的夹角α为45～90°之间，气流挡板203的作用是避免镁蒸气直接从排气口流出，以便在冷却器内停留的时间足够长，使镁蒸气充分冷却。冷却器的底部设有金属镁出口，金属镁收集器的底部为锥形，金属镁出口位于锥形的末端，出口上安装有可拆式收集器202。冷却器外壳为夹层水冷结构通过进水口201和出水口204及阀门控制。
所述排渣装置位于反应装置下方，包括密封箱303，密封箱303的上下分别设有由阀门控制的入渣口和出渣口，入渣口经密闭外壳109底部与反应装置相连通；渣车305位于出渣口正下方，通过控制入渣口和出渣口的阀门交错开关来避免空气流入反应装置。
所述送料装置位于反应装置上方，包括料仓401，料仓401出口与导料管403的一端连接并由阀门控制，导料管403另一端穿过反应装置的密闭外壳109并指向反应器105的开口。
所述净化真空装置包括净化器501和真空泵503，净化器501的入口经管道504与金属镁收集器的排气口相连，净化器501的出口经管道504与真空泵503相连，每段管道504上都设有控制阀。
一种真空半连续炼镁还原方法，该方法具体操作过程如下：反应器105的活塞在升降装置110的作用下回到反应器105的底部，将含氧化镁和还原剂的球团104由料仓401通过控制阀门经过导料管403进入到反应器105中；打开真空控制阀(图中与净化器501的入口和出口相连的管道上的阀门)通过真空泵503和真空表108把整个系统抽真空，太阳光聚集系统或激光发生系统发出太阳光或激光并照射到反应器105内球团104上，光束在球团表面移动。还原产生的蒸气通过镁蒸气导管207进入金属镁收集器中，镁蒸气通过冷却器夹层水冷的方式冷凝成金属镁颗粒并落在可拆式收集盒202内，夹层水冷通过向进水口201注水和出水口204排水来实现。反应器105内表面球团反应完全后，活塞在升降装置110的作用下把反应后的球团推出筒壁的上沿，然后通过控制装置111控制的刮渣板103把反应渣球301刮下落到反应装置底部，之后活塞在升降装置110的作用下恢复到原位，上料装置同时进行装料，实现半连续上料和排渣的操作。渣球301通过由阀门控制的入渣口进入到密封箱303，然后通过由阀门控制的出渣口进入到渣车305内。净化器501的作用是为了防止部分粉末进入真空泵503内。具体实施例见表1。
表1 实施例工艺参数及效果
最终得到纯度为99.0％以上微粉级别金属镁粉，经计算金属镁的最终成本有传统皮江法2.0-2.2万元/吨可以降到3000多元/吨。
Claims (8)
1.一种真空半连续炼镁还原装置，其特征在于，包括反应装置、金属镁收集器、排渣装置、送料装置及净化真空装置，具体为：
所述反应装置包括密闭外壳(109)，密闭外壳(109)的内部设有载物台(107)，与载物台(107)正对的密闭外壳(109)的顶部设有入射窗，入射窗上安装透镜(102)，入射窗的上方设有太阳光聚光系统或激光发生系统(101)，密闭外壳(109)上安装有真空表(108)；载物台(107)上设有反应器(105)，反应器(105)为上方开口的活塞结构，其筒壁固定在载物台(107)上，活塞连接在位于其下方升降装置(110)的升降支杆(106)上；反应器(105)旁设有一个通过控制装置(111)控制其往复运动的刮渣板(103)；
所述金属镁收集器包括冷却器，其上部设有镁蒸气入口和排气口，镁蒸气入口通过镁蒸气导管(207)与反应装置相连通，冷却器内的上部设有气流挡板(203)并将镁蒸气入口和排气口隔开，冷却器的底部设有金属镁出口，出口上安装有可拆式收集器(202)；冷却器外壳为夹层水冷结构通过进水口(201)和出水口(204)及阀门控制；
所述排渣装置包括密封箱(303)，密封箱(303)的上下分别设有由阀门控制的入渣口和出渣口，入渣口经密闭外壳(109)底部与反应装置相连通；
所述送料装置包括料仓(401)，料仓(401)出口与导料管(403)的一端连接并由阀门控制，导料管(403)另一端穿过反应装置的密闭外壳(109)并指向反应器(105)的开口；
所述净化真空装置包括净化器(501)和真空泵(503)，净化器(501)的入口经管道(504)与金属镁收集器的排气口相连，净化器(501)的出口经管道(504)与真空泵(503)相连，每段管道(504)上都设有控制阀。
2.根据权利要求1所述的一种真空半连续炼镁还原装置，其特征在于：太阳光聚光系统聚集太阳光为一次聚集太阳光、或二次聚集太阳光中的一种；激光发生系统发生的激光为太阳光转化的激光、CO2激光、光纤激光中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种真空半连续炼镁还原装置，其特征在于：金属镁收集器气流挡板与水平面的夹角α为45～90°之间；金属镁收集器的底部为锥形，金属镁出口位于锥形的末端。
4.一种使用权利要求1～3任一项所述装置的真空半连续炼镁还原方法，其特征在于该方法具体操作过程如下：反应器(105)的活塞在升降装置(110)的作用下回到反应器(105)的底部，将含氧化镁和还原剂的球团由料仓(401)通过控制阀门经过导料管(403)进入到反应器(105)中；打开真空控制阀通过真空泵(503)和真空表(108)把整个系统抽真空，太阳光聚集系统或激光发生系统发出太阳光或激光并照射到反应器(105)内球团(104)上，光束在球团表面移动；还原产生的蒸气通过镁蒸气导管(207)进入金属镁收集器中，镁蒸气通过冷却器夹层水冷的方式冷凝成金属镁颗粒并落在可拆式收集盒(202)内；反应器(105)内表面球团反应完全后，活塞在升降装置(110)的作用下把反应后的球团推出筒壁的上沿，然后通过控制装置(111)控制的刮渣板(103)把反应渣球刮下落到反应装置底部，之后活塞在升降装置(110)的作用下恢复到原位，上料装置同时进行装料；渣球通过由阀门控制的入渣口进入到密封箱(303)。
5.根据权利要求4所述的真空半连续炼镁还原方法，其特征在于：真空度范围为10～2000Pa。
6.根据权利要求4所述的真空半连续炼镁还原方法，其特征在于：聚集太阳光或激光提供热源方式为直接照射，光斑直径为2～20mm，功率为300～4000W，光束为一束或多束。
7.根据权利要求4所述的真空半连续炼镁还原方法，其特征在于：聚集太阳光或激光光速移动方式为由内向外螺旋、由外向内螺旋或“弓”字形中的一种，光束移动速率为0.1～10mm/s。
8.根据权利要求4所述的真空半连续炼镁还原方法，其特征在于：反应器内球团的厚度范围为10～40mm。
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| Publication number | Publication date |
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| CN105695767A (zh) | 2016-06-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |