CN113736996B

CN113736996B - 一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁的方法及装置

Info

Publication number: CN113736996B
Application number: CN202111033171.0A
Authority: CN
Inventors: 孙院军; 李金阳; 柏小丹; 丁向东; 曾毅; 孙军; 孙博宇; 宋坤朋
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2041-09-03
Also published as: CN113736996A

Abstract

本发明公开了一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁方法及装置，包括：利用电子阀使料仓中的原料分批间歇进行反应，进料置换仓和还原罐内抽真空；料仓中原料球团进入螺旋送料器，被推送至还原罐的反应区；原料球团氧化镁被硅置换形成镁蒸气，镁蒸气进入结晶区形成结晶镁，被收集；反应区反应废料被连续进入的原料球团推动移至过渡区，进入置换仓，废料经过冷却落入渣仓，被移出。通过添加自动进料装置、自动出料装置，设置真空罐过渡区，实现了横罐炼镁工艺的间歇式连续化，提高了镁冶金效率，进而降低能耗、降低成本、消除污染、改善环境，提高了还原罐寿命。

Description

一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁的方法及装置

技术领域

本发明涉及镁冶金工艺，特别是一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁的方法。

背景技术

冶炼金属镁的方法主要有热还原法和电解法两大类。电解法由于成本较高，20世纪90年代以后逐渐被热还原法取代，热还原炼镁方法中最重要的是皮江法。皮江法是目前世界上生产成本低、应用广泛的炼镁工艺。皮江法炼镁的简要流程为白云石煅烧、原料制备、还原、精炼等，其核心过程为还原。鉴于皮江法炼镁存在上述问题，国内外对此进行了多方面的研究。为了便于连续加料，在原理相同的基础上，国内出现了多家竖式还原炉工艺，有上加料下出渣的，也有上加料上出渣的。在发明专利CN97101258.X中，竖式炉内由上而下有多个还原室，为了保证加热效率，还原炉壁外还分布有多个加热室，为实现连续性加料和出料，在立式还原炉的顶部和底部均添加了密封仓，以保证加料出料时的真空环境；专利CN201521048702.3通过外接料仓，用导料管进料，以及添加底部出料密封仓实现半连续性出料和加料。但是由于竖式皮江法还原炉的投资高，炉内球团受理粉化严重，对进出料的连续性和顺畅性等产生重大影响，因此，竖式炉的应用非常有限。

现有的传统皮江法技术使用的是多组单个封闭还原罐体，每次反应完毕后都需要卸料、重新装料、抽真空、加热。周而复始进行，实现镁的冶炼。

横罐的皮江法工艺存在如下主要问题：

1.能耗高，约4.5tce/tMg；

2.还原罐寿命短，约3个月左右；

3.机械化程度低，不能连续化作业；

4.用工多，劳动强度大，生产环境差，效率低。

上述问题的根本问题是皮江法镁冶炼工艺不能实现连续化，从而导致效率低，能耗高，环境差。因此，对皮江法的根本改进是实现进料与出料的连续化。虽然部分企业尝试使用竖式还原炉。但是装料时料球易碎，出渣时料球反应程度不完全，连续的进出料并没有真正有效缩短反应时间，这都是立式皮江炉进出料连续化中的缺陷。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种皮江法镁冶金用还原罐间歇式连续化方法，该方法结合横式炉存在的问题和缺陷，通过添加自动进料装置以及自动出料装置，实现了横罐炼镁工艺的间歇式连续化，节约了装料和出料时间，以提高镁冶金效率，进而降低能耗、降低成本、消除污染、改善环境，

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明一方面，提供一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁方法，包括：

在料仓中装入原料球团，将进料置换仓和还原罐内抽真空；

料仓中原料球团从进料置换仓进入螺旋送料器，原料球被推送至还原罐的反应区；

在高温和真空下，原料球团氧化镁被硅置换形成镁蒸气，镁蒸气进入结晶区形成结晶镁，被收集；

反应区反应废料被连续进入的原料球团推动移至过渡区，进入置换仓，废料经过冷却落入渣仓，被移出。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

作为优选，料仓中分批装入原料球团，按照结晶镁收集和废料移出周期分批间歇装入。

作为优选，进料置换仓和还原罐内抽真空至-0.1Mpa。

作为优选，反应区温度为1100℃～1250℃。

作为优选，出料置换仓冷却温度为80-120℃。

本发明另一方面，提供了一种上述方法采用的皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁装置，包括连续进料机构、反应机构和连续出料机构，连续进料机构、反应机构和连续出料机构依次连接；

反应机构包括炉体和还原罐体，还原罐体包括反应区、过渡区和结晶区；

连续进料机构包括料仓、进料置换仓和螺旋进料器；螺旋进料器连接反应区，螺旋进料器与还原罐体共用一个真空腔；

连续出料机构包括出料置换仓和渣仓，出料置换仓连接过渡区。

作为优选，料仓与进料置换仓连接，进料置换仓连接螺旋进料器；螺旋进料器通过连接电机旋转。

作为优选，出料置换仓外部设有冷却管。

作为优选，料仓与进料置换仓之间、置换仓与螺旋进料器之间设有电子阀；过渡区与出料置换仓之间、出料置换仓与渣仓之间设有电子阀。

作为优选，进料置换仓和结晶区上设有真空阀。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1)真空还原罐体仍在炉内，进料与出料装置分别与还原罐的左右两侧连接，处于加热炉体之外，这样额外添加部件的改造方式极大程度的保留了原始装置的特点，降低了装置改装的成本。

2)炉体在真空罐反应区与结晶区之间设置真空罐过渡区，真空罐过渡区下方连接出料置换仓与渣仓；中间出渣方式既不影响还原罐反应区的原料送入和加热，又不影响结晶区的镁蒸汽连续冷却结晶，在连续进出料的同时，实现在连续化结晶区镁蒸汽形成结晶镁产物。

3)螺旋进料器始终与还原罐处于同一真空环境中，连续进料通过料仓的连续坠料与螺旋进料器对料球的连续进给推动实现，且新料的进给可以将老料推入还原罐的过渡区进行出料。

4)避免了传统皮江法还原罐在装卸料与反应期间温度和真空度的高低交替造成的材料性能损伤和破坏，延长了还原罐的使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为横罐连续产镁装置示意图。

图中：1、料仓，2、第一电子阀，3、第一真空阀，4、进料置换仓，5、第二电子阀，6、电机，7、螺旋进料器，8、炉体，9、反应区，10、过渡区，11、结晶区，12、第二真空阀，13、第三电子阀，14、冷却管，15、出料置换仓，16、第四电子阀，17、渣仓。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明实施例提供了一种皮江法镁冶金用还原罐间歇式连续化装置，在本发明装置中，本发明装置分为三个部分,左侧部分为连续进料功能区，包括：料仓1，第一、第二电子阀2、5、第一真空阀3、进料置换仓4、电机6和螺旋进料器7；中间部分为反应功能区，包括：炉体8、还原罐体(包括反应区9，过渡区10和结晶区11)和第二真空阀12；右下侧部分为连续出料功能区，包括：第三、第四电子阀13、16、冷却管14、出料置换仓15。还原罐体反应区9设在炉体8中，过渡区10和结晶区11设在炉体8后部，在反应区9前部连接螺旋进料器7，螺旋进料器7上方设有料仓1，料仓1通过进料置换仓4连接螺旋进料器7，螺旋进料器7通过电机6驱动旋转；在过渡区10下方连接置换仓15，置换仓15外部设有冷却管14，置换仓15底部连接渣仓17。

料仓1与进料置换仓4之间设第一电子阀2，置换仓4与螺旋进料器7之间设第二电子阀5，过渡区10与出料置换仓15之间设第三电子阀13，出料置换仓15与渣仓17之间设第四电子阀16；进料置换仓4上设有第一真空阀3，结晶区11上设有第二真空阀12。

出料置换仓15的作用是分隔真空与非真空空间，让螺旋进料器7和还原罐体(包括反应区9、过渡区10和结晶区11)的真空环境不受外界影响。

本发明的工艺步骤如下：

1)真空装料：首先，关闭第二电子阀5，打开第一电子阀2，料仓1中的原料球团在重力作用下进入进料置换仓4；待球团在进料置换仓内装填量达到60～90％时(根据进出料的速率在该范围内进行合理地调控)，关闭第一电子阀2；然后开启真空系统，分别通过控制第一真空阀3和第二真空阀12，将进料置换仓4和还原罐8(包括反应区9、过渡区10和结晶区11)内的真空度抽至-0.1Mpa。

2)螺旋进料与加热：打开第二电子阀5，进料置换仓4内的原料球进入螺旋送料器7，开启电机6，使螺旋进料器7旋转，原料球团在螺旋送料器7的推动下，进入反应区9，反应区温度设置在1100℃～1250℃。

3)反应：在高温和真空条件下，原料球团(煅烧白云石、硅铁和萤石压球)内部发生置换反应，氧化镁被硅置换而形成镁蒸气，镁蒸气进入结晶区11，结晶形成结晶镁产物。

4)连续反应与废料出料：废料出料管为一竖管(第一、第二电子阀13、16和出料置换仓15，竖管的两个电子阀间距约为500～1000mm，满足单批废料存放需求。竖管外侧设置有冷却管14，对竖管内废料进行冷却；出料置换仓15冷却温度为80-120℃。

废料原本处于反应区9，在下一批原料通过螺旋进料器7进入时，废料被新的原料推动，并逐渐挪移至过渡区10，此时关闭第二电子阀16，打开第一电子阀13，废料随即落入出料置换仓15，在经过冷却管14降温至150℃以下时，关闭第一电子阀13，打开第二电子阀16，废料随即落入渣仓17，自此完成皮江法镁冶金用还原罐间歇式连续化过程。

螺旋进料器7始终处于真空环境中，其与还原罐共用一个真空系统，通过料仓1的连续坠料与螺旋进料器7对料球的连续进给推动实现连续进料，且新料的进给可以将老料推入还原罐的过渡区10进行出料。

本发明方法由于采用了带有置换仓和螺旋进料器的进料系统，能够在保证还原罐维持真空反应条件的前提下，实现间歇式的自动进料，即在一批原料球反应完毕后继续送入下一批原料球的自动化进料，解决了传统皮江法人工批次装料的问题，提高了生产效率，节省了人工成本；此外，在横罐上采用螺旋进料器能够在进给送料的同时将推动力传递给废料，推动废料到达过渡区(出料处)；此外，本发明由于将连续出料区域设置在还原横罐中间的过渡区，充分地利用了横罐的横向空间，这样左侧进料，中间出料，右侧结晶镁产物，解决了传统皮江法横罐一侧进料，另一侧出料和结晶的设计缺陷，为结晶区连续化的结晶产镁创造了条件。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁装置，其特征在于，包括连续进料机构、反应机构和连续出料机构，连续进料机构、反应机构和连续出料机构依次连接；

反应机构包括炉体和还原罐体，还原罐体包括反应区、过渡区和结晶区；还原罐体反应区设在炉体中，过渡区和结晶区设在炉体后部；

连续进料机构包括料仓、进料置换仓和螺旋进料器；螺旋进料器连接反应区，螺旋进料器与还原罐体共用一个真空腔；料仓与进料置换仓连接，进料置换仓连接螺旋进料器；螺旋进料器通过连接电机旋转；

2.根据权利要求1所述的一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁装置，其特征在于，出料置换仓外部设有冷却管。

3.根据权利要求1所述的一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁装置，其特征在于，料仓与进料置换仓之间、置换仓与螺旋进料器之间设有电子阀；过渡区与出料置换仓之间、出料置换仓与渣仓之间设有电子阀。

4.根据权利要求1所述的一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁装置，其特征在于，进料置换仓和结晶区上设有真空阀。

5.一种权利要求1-4任一项所述装置的皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁方法，其特征在于，包括：

在料仓中装入原料球团，将进料置换仓和还原罐内抽真空；

6.根据权利要求5所述的一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁方法，其特征在于，料仓中分批装入原料球团，按照废料移出周期分批间歇装入。

7.根据权利要求5所述的一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁方法，其特征在于，进料置换仓和还原罐内抽真空至-0.1MPa 。

8.根据权利要求5所述的一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁方法，其特征在于，反应区温度为1100℃～1250℃。

9.根据权利要求5所述的一种皮江法还原罐间歇式连续化冶炼结晶镁方法，其特征在于，置换仓冷却温度为80-120℃。