CN110512094A - 一种清洁、连续还原金属镁的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁、连续还原金属镁的工艺，将氧化镁和铝粉按一定混合比均匀混合后压制成团块，加入真空加料装置内，再由真空加料装置加入反应器内，在感应加热区发生还原反应，产生镁蒸气和固体还原渣料，镁蒸气冷凝后得到金属镁固体；还原渣料进入微波加热区进一步反应，形成美铝尖晶石产品。本发明的工艺方法热效率高，电耗低，加热速度快、可控性强；生产过程不产生废渣、废气，生产工艺节能环保，降低了工人在高温条件下的劳动强度、提高了工作效率。同时，也为金属镁还原渣的综合利用提供一种行之有效的工艺方法。

Description

一种清洁、连续还原金属镁的工艺

技术领域

本发明属于有色轻金属冶金领域，具体涉及一种清洁、连续还原金属镁的 工艺方法。

背景技术

镁作为我国独特地位的战略性资源和新型结构材料，在交通轻量化、新能 源材料、环保产业、消费电子、海洋工程、航空航天以及军工配套、军民融合 等领域将发挥更大的作用。其中，国家《节能与新能源汽车产业发展规划 (2012-2020年)》的深入实施，将为镁合金提供广阔的应用空间。同时，我国 建设运营城际轨道交通的快速发展，也必将使镁合金铸件、型材、板材大有用 武之地。特别是未来，中国将进一步加大控制温室气体排放力度，争取到2020 年实现碳排放强度降低40-45％的目标。可以预见，国内镁及镁合金研发制造和 应用领域以及市场更广、更快、更可持续发展。

皮江法是1940年左右发展起来的一种炼镁方法，是我国金属镁冶炼最具代 表性、应用最广泛的热法炼镁工艺。到目前为止，皮江法炼镁仍是我国主要的 镁生产方法。目前我国热法炼镁的主要问题集中表现在：

1)能量和原材料有效利用率低

还原周期长，能源利用率极低；还原罐使用寿命短，导致成本高；现有的 硅热法金属镁冶炼过程，吨镁耗标煤4.5吨，仍有较大的节能潜力。在原材料 利用方面，利用率较低，间接增加了能耗。

2)劳动强度大，劳动生产率低

国内热法金属镁行业除少数企业还原工艺采用机械化出渣外，尚有占总产 能80％的企业采用劳动强度大人工出渣、加料。根据中国镁协的统计和我们的设 计经验，一个一万吨的金属镁厂大概需要500名工人，劳动生产率才20t镁/人 ·年，大大低于铝、铜等常见有色金属的劳动生产率。

3)劳动环境恶劣

采用人工清渣和人工加料方式，工人需要在长时间在还原炉前从事清渣和 加料作业，在清渣和加料的过程中，存在粉尘的飞扬。另外，镁渣和还原炉的 热辐射也比较严重，这导致工人劳动环境较为恶劣。同时，对企业而言，工人 的劳动强度大、劳动环境较为恶劣，导致企业需要支付更高的工资，增加了企 业的成本。另一方面，硅热法金属镁冶炼过程中有大量的还原渣及燃烧尾气， 还原渣及尾气不仅要进行净化达标后排放外，而且带走大部分热能。环保压力 大。

4)无法机械化生产、自动化

热法炼镁的间断式生产方式目前，在金属冶炼行业，还采用类似热法镁这 种间断式生产工艺的金属不多，其他金属行业基本上都采用连续式生产，生产 效率高、企业规模大、自动化程度高。

5)缺乏高品质的镁及镁合金产品

虽然我国是金属镁生产的大国，但并不是金属镁生产的强国，中国每年的 金属镁产量中，大部分为原镁，有竞争力且价格较高的镁合金产品产量不大。 国外的企业在购置中国的原镁进行深加工后，其产品往往以几十倍的价格再销 售到中国市场。

专利CN201610498925.2提出的一种真空感应炉炼镁系统及其炼镁方法该 方法利用碳还原，虽然降低了原料成本，但产生了大量的一氧化碳和二氧化碳 气体，同时该方法镁收集困难，收集中易产生逆反应和爆炸。专利 CN201410345802.6提出一种快速连续炼镁的方法，但其不可避免地产生了废渣、 废气，造成能源及资源浪费，同时该方法仍然采用外加热，能源消耗大，同时 该方法采用惰性气体保护，工艺复杂。专利CN00124698.4提出的内热法炼镁生 产工艺及设备，此工艺仍然采用硅铁为还原剂，造成能源浪费的同时，产生大量废渣；同时该工艺所用设备采用采用气体外加热，加热效率低的同时，尾气 带走了大量热量，造成了热能源的损失。专利CN200510047081.1其仍旧采用还 原罐加热，其原料用的是菱镁矿、白云石、铝，仍有大量废气、废渣，能源利 用率低。

另外，中国的部分金属镁厂忽视质量控制并缺乏必要的检测手段，致使产品质 量良莠不齐，在冶炼过程中缺乏控制金属杂质的手段，同时，在精炼过程中同 样缺乏控制非金属杂质的技术，导致原镁产品杂质元素种类多、含量高、波动 大，不利于后续镁合金的生产加工。

发明内容

针对上述已有生产工艺存在的不足，本发明提供一种清洁、连续还原金属 镁的工艺方法，能够实现镁冶炼生产机械化、自动化；环保节能、清洁生产。 该工艺可实现在同一还原炉内一次性同时生产金属镁、镁铝尖晶石，解决了以 往类似工艺多装备、多工序生产金属镁、镁铝尖晶石复杂工艺的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种清洁、连续还原金属镁的工艺，其特征在于，将氧化镁和铝粉按一定 混合比均匀混合后压制成团块，加入真空加料装置内，再由真空加料装置加入 反应器内，在感应加热区发生还原反应，产生镁蒸气和固体还原渣料，镁蒸气 冷凝后得到金属镁固体；还原渣料进入微波加热区进一步反应，形成美铝尖晶 石产品。

本发明中整个工艺过程在真空条件下进行，调整氧化镁与铝粉混合比，对 金属镁的质量影响甚微，但可得到不同级别的镁铝尖晶石产品。

感应加热区用于金属镁还原，控制温度在800℃至1200℃范围内，控制反 应时间在30分钟至120分钟范围内，可得到含镁99.89％～99.92％纯度较高的结 晶镁。

微波加热区用于镁铝尖晶石的形成及烧结，控制加热温度在1400℃至 1700℃范围内，控制反应时间在60分钟至180分钟范围内，可得到纯度较高、 密度较好的镁铝尖晶石产品。

该工艺方法是通过如下冶炼设备来实现的，所述冶炼设备主要包括由真空 加料装置、感应加热器、微波加热器、冷凝罐与结晶器、真空出料装置、冷却 循环水系统、电源及控制系统，实现镁冶炼生产机械化、自动化；环保节能、 清洁生产。其中感应加热器、微波加热器可单独安装在各自的炉体，也可以共 用同一炉体，工作时可以单独控制。

本发明的工艺方法以活性氧化镁为原料，以铝粉为还原剂真空热还原同时 制取金属镁和镁铝尖晶石。

本发明采用内加热、连续生产，同一还原炉内一次性同时生产金属镁、镁 铝尖晶石的工艺。

实现本发明的技术方案按以下工艺步骤进行，首先将氧化镁、铝粉磨碎混 合均匀，其中氧化镁与还原剂铝粉的重量比为MgO∶Al＝2.7～3.1∶1，根据不同 镁铝尖晶石产品要求采取相应的配比，然后将混合物料压制成团块；由输送设 备按设定量加入真空加料装置内，再由专用加料器加入反应器内，控制温度 800～1200℃进行还原反应，反应时间控制在30～120分钟，反应生成气态的金 属镁和固体还原渣料；镁蒸气由镁蒸气采集器进入冷凝罐与结晶器，从而结晶 成为金属镁固体；还原渣料进入微波加热区进一步反应和物料处理形成镁铝尖 晶石产品后由真空出料装置排出；微波加热区温度控制在1400～1700℃，时间 控制在60分钟至180分钟；所述中的氧化镁是通过将白云石通过碳化法制取获 得；整个过程均在真空条件下进行；所述装置的加热方式均为内加热。

本发明的有益技术效果：本发明针对目前皮江法生产劳动环境恶劣、劳动 强度大、劳动生产率低、能耗高、无法自动化、机械化生产，而提供的一种清 洁、连续还原金属镁的工艺方法，本工艺通过对成熟的感应真空冶炼进行改进， 辅以微波加热专用新技术，用内加热代替外加热、以氧化镁替代煅白、用铝屑 代替硅铁作为还原剂，热效率高，电耗低，加热速度快、可控性强；生产过程 不产生废渣、废气，生产工艺节能环保，降低了工人在高温条件下的劳动强度、 提高了工作效率。同时，也为金属镁还原渣的综合利用提供一种行之有效的工 艺方法。

附图说明

图1为本发明工艺采用的设备连接示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种清洁、连续还原金属镁的工艺按以下工艺步骤进行，首先将氧化镁、 铝粉磨碎混合均匀，其中氧化镁与还原剂铝粉的重量比为MgO∶Al＝2.7～3.1∶1， 配料比例的改变，对镁的质量和还原率影响甚微(镁的质量和还原率是由工艺 条件温度、时间决定的)，但对镁铝尖晶石的影响较大，当MgO∶Al＝2.7∶1配 比时，可得到镁铝尖晶石含量大于90％的优质镁铝尖晶石产品；当MgO∶ Al＝3.1∶1配比时，可得到镁铝尖晶石含量大于75％的富镁镁铝尖晶石产品；然 后将混合物料压制成团块；由输送设备按设定量加入真空加料装置1内，再由 专用加料器加入到感应加热器2的反应器内，控制温度800～1200℃进行还原反应，反应时间控制在30～120分钟，反应生成气态的金属镁和固体还原渣料； 镁蒸气由镁蒸气采集器进入冷凝罐与结晶器6，从而结晶成为金属镁固体，该工 艺镁的还原率92.7％～98.8％，结晶镁镁含量99.89％～99.92％(传统皮江法结晶镁 镁含量约87％左右)，结晶镁纯度为结晶镁质量为一级镁锭标准，与皮江法相 比而言，该工艺镁的质量有了质改变；还原渣料进入微波加热区4，进一步反应 和物料处理形成镁铝尖晶石产品后，由真空出料装置5排出；微波加热区温度 控制在1400～1700℃，时间控制在60分钟至180分钟；所述中的氧化镁是通过 将白云石通过碳化法制取获得；整个过程均在真空条件下进行；所述工艺及方 法的加热方式均为内加热。

感应加热器2安装于炉体3的内上部，用于金属镁还原，控制加热温度在 800℃至1200℃范围内，控制反应时间在30分钟至120分钟范围内，可得到含 镁99.89％～99.92％纯度较高的粗镁。微波加热器4安装于炉体3的外下部，用于 镁铝尖晶石的形成及烧结，控制加热温度在1400℃至700℃范围内，控制反应 时间在60分钟至180分钟范围内，可得到纯度较高、密度较好的镁铝尖晶石产 品。

如图1所示，本发明的工艺采用的设备主要包括真空加料装置1、感应加热 器2、微波加热器4、冷凝罐与结晶器6、真空出料装置5、冷却循环水系统10、 感应加热器电源8、微波加热器电源9及其它辅助系统；感应加热器设置于炉体3内上部，微波加热器4设置于炉体3外下部；真空加料装置和冷凝罐与结晶器 6安装在炉体顶部，真空出料装置(5)位于炉体(3)底部。实现镁冶炼生产机 械化、自动化；环保节能、清洁生产。感应加热器2、微波加热器4可单独安装 在各自的炉体，也可以共用同一炉体3，工作时可以单独控制；真空加料装置1、 感应加热器2、炉体3、微波加热器4、真空出料装置5、冷凝罐与结晶器6、真 空系统7、感应加热器电源8、微波加热器电源9、冷却循环水系统10之间的连 接均按真空条件要求连接。

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领 域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同 改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种清洁、连续还原金属镁的工艺，其特征在于，将氧化镁和铝粉按一定混合比均匀混合后压制成团块，加入真空加料装置内，再由真空加料装置加入反应器内，在感应加热区发生还原反应，产生镁蒸气和固体还原渣料，镁蒸气冷凝后得到金属镁固体；还原渣料进入微波加热区进一步反应，形成美铝尖晶石产品。

2.根据权利要求1所述的清洁、连续还原金属镁的工艺，其特征在于，整个工艺过程均在真空条件下进行。

3.根据权利要求1所述的清洁、连续还原金属镁的工艺，其特征在于，感应加热区用于金属镁还原，控制温度在800℃至1200℃范围内，控制反应时间在30分钟至120分钟范围内。

4.根据权利要求1所述的清洁、连续还原金属镁的工艺，其特征在于，微波加热区用于镁铝尖晶石的形成及烧结，控制加热温度在1400℃至1700℃范围内，控制反应时间在60分钟至180分钟范围内。