CN107574319A - 高纯镁半连续蒸馏生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯镁半连续蒸馏生产方法，包括如下步骤：（1）、粗镁或回收回来的含有各种杂质的镁的混合金属在熔化锅中熔化；（2）、熔化的粗镁用镁液输送泵加入中间锅中，保温665‑700℃；（3）、通过插入中间锅中的与粗镏塔连接的镁液输送管，在真空条件下，高温镁液被吸入粗镏塔中。本发明半连续蒸馏法中分为高沸点的粗馏和低沸点金属的精馏两部分，粗镏塔中除去硅、铁、铜及镁氧化物、碳化物、氮化物从塔底液封排除，镁的钾、钠、锌等蒸汽进入精馏塔中，低于镁元素沸点金属进入冷却结晶器中结晶，定期收集，高纯镁在精馏塔中冷凝成液体从精馏塔液封排除，进入精镁模具中铸锭，成为高纯镁产品产出。

Description

高纯镁半连续蒸馏生产方法

技术领域

本发明属于金属镁生产领域，具体为金属粗镁半连续方法制取高纯镁。

背景技术

金属镁是一种密度小、比强度高，对电磁波具有屏蔽作用，没有磁性流动性高，铸造性能好，易于加工，易于回收，且资源极为丰富的一种金属材料，广泛用航天航空，武器装备，交通工具，工程机械，冶金化工等，是一种将来有期望替代钢铁，铝，铜等传统结构材料的绿色金属。

与此同时，作为结构材料，金属镁也有一些固有的缺陷，金属镁中的杂质影响镁的各种性质，镁中的铁、铜、镍极大的影响镁的耐腐蚀性能。特别是铜、铁、镍等一些杂质含量高时，它的一些缺陷更为突出。如塑形差，难以成形以及容易腐蚀的重大缺陷。在金属镁冶炼过程中，通过改革生产工艺，加强工艺管理，如采用提高煅烧白云石的灼减，提高还原料球团的加强，球团中粉料和碎料通过筛分的除去，还原罐中挡火板的结构形状，以及开启真空阀的快慢，还有精炼过程中延长镁溶液的沉降时间，通过以上工艺管理工作的加强，均可削弱其缺陷；但更为重要的是，采用提高镁产品纯度，降低杂质含量，特别是镁中铁、铜、镍的含量更是提高其耐腐蚀性能的有效措施。提高镁的纯度除加强镁冶炼的工艺管理，从技术上可采用熔剂精炼，填加钛、锆、锰等物质及区域熔融法和真空精馏等工艺除去镁中杂质，达到提高纯度之目的。溶剂法，区域熔融法，蒸馏法均能除去镁中部分杂质。在镁行业传统的精馏法利用镁中杂质沸点不同分为低沸点和高沸点分别分开进行蒸馏，整个精馏装置复杂、能耗高、管理难度大、生产效率低、产品成本高，不易于大规模生产；而且今后镁的应用范围越广，废旧镁产品种类越多，需要分离的工作量越大，通过该工艺把粗镁进行精制和废旧镁产品进行回收利用将是镁资源有效利用的好方法，前景十分良好。

因此，有必要设计一种既包括粗馏分出高沸点杂质，又能在低温下分离出低沸点杂质元素的半连续蒸馏方法。

发明内容

蒸馏法是一种提高镁纯度的方法，蒸馏法分为一次蒸馏和多次蒸馏。本发明目的是提供一种半连续蒸馏方法，并利用半连续蒸馏生产装置把镁的原液或废镁合金熔液加入系统，镁在粗镏塔中的蒸馏过程连续起来操作，粗镏塔中分离高沸点杂质，杂质从粗馏塔底中排出，精馏塔中分离低沸点杂质，精馏塔上的低沸点杂质在结晶状态定期间歇排出，最后制出液态高纯度镁从精馏塔中排出后制成高纯镁锭。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种高纯镁半连续蒸馏生产方法，包括如下步骤：

（1）、熔化含有多种杂质的粗镁或回收回来的含有各种杂质的废镁的混合金属制品在熔化锅中熔化；

（2）、熔化的粗镁用镁液输送泵加入中间锅中，保温665-700℃；

（3）、通过插入中间锅中的与粗镏塔连接的镁液输送管，在真空条件下，高温镁液被吸入粗镏塔中，插入管插入深度始终保持在400-500mm处；

（4）、进入粗镏塔中的镁液和低于镁沸点的低沸点杂质在真空和加热的条件下气化成气体；

（5）、粗馏塔中的镁及低于镁沸点的锌、钾、钠等金属气体通过粗馏塔和精馏塔连通管进入精馏塔，而粗馏塔中含有大量高沸点杂质的粗镁液进入不锈钢蛇形液封排出，作为镁含量低铸锭，作为钢铁脱氧脱硫和烟花鞭炮用镁粉产品外销；

（6）、精馏塔中镁蒸汽经塔壁降温控制，在精馏塔中下部冷凝成精镁熔体，经精镁不锈钢蛇形液封管排出，冷却成液体后铸锭成为高纯度镁锭产品；

（7）、精馏塔中镁蒸气经冷凝成液体后，低沸点元素在真空条件下，进一步降温冷却在精馏塔上部的低沸点元素结晶器中进行冷却结晶，进行回收。

本发明方法是基于金属镁的初级产品的提纯加工及精制，粗镁中的杂质主要有镁的氧化物、碳化物，钙的氧化物、碳化物、氮化物，硅的单质及氧化物，还有铁的单质及氧化物，另外还有一些铜、镍锌等有色金属的单质和化合物，这些物质在不同的温度条件下都会气化，也就是有不同的沸点，根据各杂质沸点的不同，进行分离和提纯。在此基础上，以镁元素的沸点为基础分为高沸点和低沸点两部分，通过粗馏分离出高沸点杂质，粗馏后的镁液再进入精馏部分，分离出含量较低的钾、钠、锌等杂质，最后得到高纯的金属镁。

附图说明

图1表示本发明的工艺流程示意图。

图2表示应用于本发明工艺的装置结构示意图。

图中：1-蓄热式烧嘴，2-中间锅，3-镁液吸入管，4-高沸点杂质出口液封（装置），5-耐火保温层，6-蒸馏加热炉，7-热电偶套管Ⅰ，8-粗馏塔（高沸点元素清除塔），9-镁及低沸点金属蒸汽管，10-低沸点元素结晶器，11-精馏塔（低沸点元素清除塔），12-抽真空管，13-高纯镁出口液封（装置），14-热电偶套管Ⅱ，15-粗镁高沸点杂质出口，16-高纯镁液出口，17-中间隔墙，18-观察窗，19-前加热室，20-后加热室，21-高纯镁锭模，22-高杂质镁锭模，23-煤气辅助加热管。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种高纯镁半连续蒸馏生产方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：

（1）、生产的粗镁或回收回来的含有各种杂质的镁的混合金属在熔化锅中熔化。

（2）、熔化的粗镁用镁液输送泵加入中间锅中，保温665-700℃。

（3）、通过插入中间锅中的与粗镏塔连接的镁液输送管，在真空环境下，高温镁液被吸入粗镏塔中，插入深度始终保持在400-500mm之间。

（4）、进入粗镏塔中的镁液在真空和加热的条件下气化成气体；则前加热室的温度设置在1050℃左右。

（5）、粗馏塔中的镁蒸气通过镁及低沸点元素蒸汽管进入精馏塔中部，而粗馏塔中的粗镁液中的高沸点杂质进入不锈钢蛇形液封排出，冷却铸锭作为钢铁脱硫，烟花鞭炮镁粉用原料。

（6）、精馏塔中镁蒸气经降温冷却，在精馏塔中下部冷凝成精镁熔体，经精镁不锈钢蛇形液封管排出，冷却铸锭成为高纯度镁锭产品。

（7）、精馏塔中镁蒸气经冷凝后，比镁沸点更低的锌、钾、钠元素在进一步的冷却和真空条件下，在精馏塔上部的低沸点元素结晶器冷却结晶，被回收。由于一般条件下，结晶器设计容积大，低沸点金属含量少，经长期运行后，低沸点元素结晶器充满后停车充入氩气卸掉真空，取出低沸点结晶产物，换上新结晶器，重新进行精馏操作。

本发明半连续蒸馏法设计合理，分为高沸点的粗馏和低沸点金属的精馏两部分，粗镏塔中除去硅、铁、铜及镁氧化物、碳化物、氮化物并从塔底液封排除，镁中的钾、钠、锌等蒸汽进入精馏塔中，低于镁元素沸点金属进入冷却结晶器中结晶，定期收集，高纯的镁在精馏塔中冷凝成液体从精馏塔液封排除，进入精镁模具中铸锭，本方法所应用的装置原理如图2所示。

具体实施时，高纯镁半连续蒸馏生产装置如图2所示，包括蒸馏加热炉6，蒸馏加热炉6中间通过中间隔墙17分为前加热室19和后加热室20。

如图2所示，前加热室19内安装蓄热式烧嘴1、粗馏塔8、高沸点杂质出口液封4及中间锅2，中间锅2内粗镁液通过镁液吸入管3进入粗馏塔8上部，粗馏塔8底部出口与高沸点杂质出口液封4进口连接，高沸点杂质出口液封4出口穿出前加热室19作为粗镁高沸点杂质出口15。

如图2所示，后加热室20内安装蓄热式烧嘴1、精馏塔11及高纯镁出口液封13，精馏塔11内顶部设有低沸点元素冷凝结晶器10、且位于蒸馏加热炉6外，还设置有水冷却套，用于快速降温；粗馏塔8顶部通过镁及低沸点金属蒸汽管9与精馏塔11上部连通，精馏塔11顶部（镁及低沸点元素冷凝结晶器上）连接抽真空管12，精馏塔11底部出口与高纯镁出口液封13进口连接，高纯镁出口液封13出口穿出后加热室20后作为高纯镁液出口16。

如图2所示，粗馏塔8顶部设有热电偶套管Ⅰ7，精馏塔11上部设有热电偶套管Ⅱ14，热电偶套管Ⅰ7和热电偶套管Ⅱ14均穿出蒸馏加热炉6。热电偶套管Ⅰ7距离粗馏塔8顶部400mm，热电偶套管Ⅱ14距离精馏塔11顶部250mm。

如图2所示，在前加热室19和后加热室20分别加装一根煤气辅助加热管23进行粗馏塔和精馏塔温度调节手段。在前加热室19和后加热室20各设直径Φ50mm的观察孔1个，用于加热室室内温度直观观察。

本装置通过采用半连续蒸馏镁中的高沸点和低沸点金属的方法，达到镁的高纯度。工作时，通过前加热室内的蓄热烧嘴，控制室内温度（1050℃左右）在高沸点杂质的沸点以下、镁及低沸点杂质的沸点以上，先在粗蒸馏塔中蒸馏出镁和低沸点元素（气态），除去镁中高沸点的硅、铁、锰、铜、镍及镁的碳化物、氮化物和氧化物等杂质（液态），通过高沸点杂质出口液封排出。通过后加热室内的蓄热烧嘴，控制后加热室内温度在镁的沸点以下、低沸点杂质的沸点以上，然后再将这种含有镁和低沸点杂质K、Na、Zn等杂质的镁的混合物（气态）通过镁及低沸点金属气体输送管进入低沸点蒸馏塔（精馏塔）中除去除镁以外的Zn、K、Na等低沸点杂质（气态），收集于低沸点元素冷凝器中，而使镁的纯度提高，高纯镁（液态）由高纯镁出口液封接出。

实际操作时，为了达到其高效、节能、操作方便、质量合格稳定，整套装置采用镍铬合金钢，制造装置分为以下几个部分：

1、熔化锅：专门用作熔化粗镁，设在前加热室外部。

2、中间锅：用于粗镁液澄清和真空密封。

3、中间锅与粗馏塔之间通过一根耐热不锈钢管连通，Cr₂₅Ni₂₀不锈钢管插入中间锅深度400-500mm，用作镁液输送。距粗馏塔顶部400mm处测温套管插入粗馏塔中。在真空条件下，粗镁液由中间锅中插入的不锈耐热钢管被吸入粗馏塔中。

4、高沸点粗馏塔：用于粗镁中高于镁沸点的铁、硅、镍、铜、锰及镁的氧化物、碳化物、氮化物等杂质的清除。

5、低沸点精馏塔：用于粗镁中低沸点的锌、钾、钠等低沸点元素的分离，由于实际生产中镁中低沸点元素总量比较少，工艺中采用间歇式通过冷凝法冷凝收集固体产物。整个过程不能连续进行，只有当低沸点金属在冷凝器中容量达到规定极限时方可取出，因而整个工艺不能连续进行。

6、在粗馏塔下部设有多级U型管连接起来，具有金属镁液的液封能力和粗镁中高沸点杂质的排出作用。

7、在精馏塔上部连接带有水冷却冷凝器的低沸点杂质锌、钾、钠收集器和真空抽出管。塔下部设有多级U型管连接起来，用作高纯金属镁液液封和最终高纯镁液体产品流出口。

8、在粗馏塔距塔顶400mm处设有镍铬—镍硅热电偶插入高沸点粗馏塔中热电偶套管，在精馏塔距变径处250mm处设有镍铬-镍硅热电偶括入精馏塔温度计套管中，分别控制粗馏塔和精馏塔蒸馏温度。

9、粗馏塔、精馏塔、镁液液封U管等设备采用镍铬不锈钢制造，蒸馏加热炉外设有耐火保温层，即耐火层外用岩棉保温层保温。粗馏塔与精馏塔温度调节采用从加热室外插入的煤气辅助加热管进行调节煤气的供给量调节。在前加热室和后加热室分别增设一根耐热不锈钢煤气辅助加热管，采用阀门进行调节，不锈钢管采用Cr₂₅Ni₂₀不锈耐热管制作，管径为Φ38×4。

10、半连续蒸馏设备加热采用天然气，或煤层气、发生炉煤气、焦炉煤气等气体燃料作能源进行加热。熔化锅、中间锅、粗馏塔、精馏塔、各排出管均采用燃气进行加热，烟气通过外部包有保温层的烟气换热的蓄热式燃烧系统进行循环燃烧。

应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高纯镁半连续蒸馏生产方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、熔化后的含有生产中的粗镁或回收回来的含有各种杂质的镁的混合金属在融化锅中熔化；

（2）、熔化的粗镁用镁液输送泵加入中间锅中，保温665-700℃；

（3）、通过插入中间锅中的与粗镏塔连接的镁液输送管，在真空环境下，高温镁液被吸入粗镏塔中；

（4）、进入粗镏塔中的镁液在真空和加热的条件下气化成气体；

（5）、粗馏塔中的镁蒸气通过镁及低沸点元素蒸汽管进入精馏塔，而粗馏塔中的粗镁液中的高沸点杂质进入不锈钢蛇形液封排出，冷却铸锭单独回收；

（6）、镁蒸气经冷却，在精馏塔中下部冷凝成精镁熔体，经精镁不锈钢蛇形液封管排出，冷却铸锭成为高纯度镁锭产品；

（7）、精馏塔中镁蒸气经冷凝后，低沸点元素在冷却和真空条件下，在精馏塔上部的低沸点元素结晶器中进行冷却结晶、回收。

2.根据权利要求1所述的高纯镁半连续蒸馏生产方法，其特征在于：步骤（7）中，长期运行后，低沸点元素结晶器难以继续收集时，停车充入氩气卸掉真空，取出低沸点结晶产物，换上新结晶器，重新进行精馏操作。

3.根据权利要求1所述的高纯镁半连续蒸馏生产方法，其特征在于：该方法在高纯镁半连续蒸馏生产装置中进行；

所述高纯镁半连续蒸馏生产装置，包括蒸馏加热炉（6），所述蒸馏加热炉（6）中间通过中间隔墙（17）分为前加热室（19）和后加热室（20）；

所述前加热室（19）内安装蓄热式烧嘴（1）、粗馏塔（8）、高沸点杂质出口液封（4）及中间锅（2），所述中间锅（2）内粗镁液通过镁液吸入管（3）进入粗馏塔（8）上部，所述粗馏塔（8）底部出口与高沸点杂质出口液封（4）进口连接，所述高沸点杂质出口液封（4）出口穿出前加热室作为粗镁高沸点杂质出口（15）；

所述后加热室（20）内安装蓄热式烧嘴（1）、精馏塔（11）及高纯镁出口液封（13），所述精馏塔（11）内顶部设有低沸点元素冷凝器（10）、且位于蒸馏加热炉（6）外，所述粗馏塔（8）顶部通过镁及低沸点金属气体输送管（9）与精馏塔（11）上部连通，所述精馏塔（11）顶部连接抽真空管（12），所述精馏塔（11）底部出口与高纯镁出口液封（13）进口连接，所述高纯镁出口液封（13）出口穿出后加热室作为高纯镁液出口（16）。

4.根据权利要求3所述的高纯镁半连续蒸馏生产方法，其特征在于：所述蒸馏加热炉（6）外设有耐火保温层（5）。

5.根据权利要求4所述的高纯镁半连续蒸馏生产方法，其特征在于：所述粗馏塔（8）顶部设有热电偶套管Ⅰ（7），所述精馏塔（11）上部设有热电偶套管Ⅱ（14），所述热电偶套管Ⅰ（7）和热电偶套管Ⅱ（14）均穿出蒸馏室（18）。

6.根据权利要求5所述的高纯镁半连续蒸馏生产方法，其特征在于：所述热电偶套管Ⅰ（7）距离粗馏塔（8）顶部400mm，所述热电偶套管Ⅱ（14）距离精馏塔（11）顶部250mm。

7.根据权利要求6所述的高纯镁半连续蒸馏生产方法，其特征在于：所述蒸馏加热炉（6）外设有熔化锅。

8.根据权利要求7所述的高纯镁半连续蒸馏生产方法，其特征在于：所述前加热室（19）和后加热室（20）分别加装一根煤气辅助加热管（23）。

9.根据权利要求7所述的高纯镁半连续蒸馏生产方法，其特征在于：所述前加热室（19）和后加热室（20）上各设有一个观察窗（18）。