CN218834425U - 一种铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，包括氧化镁生产机构、混合机构、成型机构、还原机构、金属镁生成机构和镁铝尖晶石生成机构；所述氧化镁生产机构的氧化镁出料口与所述混合机构的氧化镁进料口连通；所述混合机构的出料口与所述成型机构的进料口连通；所述成型机构的出料口邻近所述还原机构的进料口；所述还原机构的结晶物出料口与所述金属镁生成机构的进料口连通；所述还原机构的还原渣出料口邻近所述镁铝尖晶石生成机构的进料口。本实用新型的生产系统能够实现以低品位菱镁矿石为原料时，同时生产得到高品质的金属镁和镁铝尖晶石。
Description
技术领域
本实用新型涉及炼镁技术领域。具体地说是一种铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统。
背景技术
目前世界上85％以上的金属镁是由皮江法生产的。皮江法是一种以白云石为原料以硅铁为还原剂真空硅热还原炼镁的方法；该方法生产金属镁能耗高，物料消耗量大，碳排放量高，还原渣无法利用；这些缺点严重影响了镁产业的可持续发展；因此，急需开发一种低能耗、低碳排放和无废渣排放的新法炼镁技术。
专利CN101942573B提出了一种以活性氧化镁和铝或铝合金为原料制备金属镁的同时制备得到副产物镁铝尖晶石的方法。该方法以菱镁石或水镁石煅烧获得氧化镁，然后以铝或铝合金为还原剂，进行真空热还原炼镁，还原后获得金属镁和主要成分为镁铝尖晶石的还原渣，还原渣经高温煅烧后获得高密度的镁铝尖晶石耐火材料。应用该专利的方法，能够使其炼镁过程能耗较皮江法降低50％以上，原料消耗降低50％以上，碳排放降低60％，还原渣可实现全部利用。
采用上述专利的方法进行炼镁，炼镁能耗低，碳排放量少，还原渣可制备镁铝尖晶石耐火材料，是一种很有前景的新法炼镁技术。但由于我国高品质菱镁石开采殆尽，目前开采的菱镁石杂质含量较高(主要是二氧化硅和氧化钙含量高)，而应用专利CN101942573B的方法生产金属镁的过程中，还原物料菱镁石中杂质全部留在还原渣中，导致还原渣中杂质含量较高，进而使得以该还原渣为原料生产的镁铝尖晶石杂质含量高，特别是氧化钙和二氧化硅含量均达到1％以上，难以达到镁铝尖晶石的国家标准，严重降低了该技术的经济性和可行性。因此有必要开发一种针对低品位菱镁石，采用铝热还原法同时制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，以解决上述技术问题。
实用新型内容
为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，以解决以低品质菱镁矿石为原料炼镁时，得到的副产物镁铝尖晶石杂质含量高，难以达到镁铝尖晶石的国家标准的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
一种铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，包括氧化镁生产机构、混合机构、成型机构、还原机构、金属镁生成机构和镁铝尖晶石生成机构；所述氧化镁生产机构的氧化镁出料口与所述混合机构的氧化镁进料口连通；所述混合机构的出料口与所述成型机构的进料口连通；所述成型机构的出料口邻近所述还原机构的进料口；所述还原机构的结晶物出料口与所述金属镁生成机构的进料口连通；所述还原机构的还原渣出料口邻近所述镁铝尖晶石生成机构的进料口。
上述铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，所述氧化镁生产机构包括破碎机、第一煅烧炉和粉磨机；所述破碎机的出料口通过第一传送带与所述第一煅烧炉的进料口通；所述第一煅烧炉的出料口通过第二传送带与所述粉磨机的进料口通；所述粉磨机的出料口通过第三传送带与所述混合机构的氧化镁进料口连通。本实用新型中，在氧化镁生产机构中，以低品位菱镁石为原料煅烧得到氧化镁，低品位菱镁石的主成分为碳酸镁。
上述铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，所述混合机构包括加料机和混合机；所述加料机的出料口位于所述混合机添加剂进料口的正上方；所述混合机的出料口通过第四传送带与所述成型机构的进料口连通；所述氧化镁生产机构的氧化镁出料口通过第三传送带与所述混合机的氧化镁进料口连通。通过加料机向混合机中加入铝粉、氟化钠和氯化镁。
上述铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，所述成型机构为粉末成型机；所述混合机构的出料口通过第四传送带与所述粉末成型机的进料口连通；所述粉末成型机通过第五传送带将成型的团块传送至邻近所述还原机构的进料口处。
上述铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，所述还原机构为真空还原罐，所述真空还原罐具有结晶区和还原渣区；所述结晶区的结晶物出料口通过第七传送带与所述金属镁生成机构的进料口连通；所述还原渣区的还原渣出料口通过第六传送带将还原渣传送至邻近所述镁铝尖晶石生成机构的进料口处；所述成型机构通过第五传送带将成型的团块传送至邻近所述还原机构的进料口处。在真空还原罐中，铝粉作为还原剂以还原氧化镁，氟化钠和氯化镁作为添加剂与低品位菱镁石中的杂质发生反应，转化为可蒸馏的物质去除，达到提纯镁铝尖晶石的目的。还原过程中，氧化镁被铝还原为气态的金属镁，气态的金属镁运动至结晶区在结晶器上结晶，还原渣留在还原渣区；根据氧化镁与铝粉的配料比例不同，还原渣料的主要成分为MgO·Al2O3+MgO或MgO·Al2O3+Al2O3。
上述铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，所述金属镁生成机构包括精炼炉；所述还原机构的结晶物出料口通过第七传送带与所述精炼炉的进料口连通。
上述铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，所述金属镁生成机构还包括镁液浇铸设备；所述精炼炉的流体出口与所述镁液浇铸设备的流体入口流体导通。
上述铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，所述镁铝尖晶石生成机构包括溶池、过滤机和第二煅烧炉；所述熔池的流体出口端通过管道与所述过滤机的流体入口端流体导通；所述过滤机的滤渣出口端通过第八传送带与所述第二煅烧炉的进料口连通；所述还原机构的还原渣出料口通过第六传送带将还原渣传送至邻近所述熔池的进料口处。
上述铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，所述熔池中具有质量分数为1～10wt％的氢氧化钠溶液。
本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：
本实用新型的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统能够以低品位菱镁石【主成分为碳酸镁】为原料，以铝为还原剂，以氟化钠和氯化镁为添加剂制备金属镁和以炼镁还原渣为原料制备镁铝尖晶石；其基本原理是在还原过程中添加添加剂，使添加剂与低品位菱镁石中的杂质发生反应，转化为可蒸馏的物质去除，达到提纯镁铝尖晶石的目的。本实用新型的生产系统能够实现以低品位菱镁矿石为原料时，同时生产得到高品质的金属镁和镁铝尖晶石。
附图说明
图1本实用新型实施例中铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统的结构示意图。
图中附图标记表示为：1-破碎机；2-第一煅烧炉；3-粉磨机；4-加料机；5-混合机；6-粉末成型机；7-真空还原罐；8-溶池；9-过滤机；10-第二煅烧炉；11-第一传送带；12-第二传送带；13-第三传送带；14-第四传送带；15-第五传送带；16-第六传送带；17-第七传送带；18-第八传送带；19-管道；20-精炼炉；71-结晶区；72-还原渣区；81-氢氧化钠溶液。
具体实施方式
本实施例中，铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统的结构示意图如图1所示；包括氧化镁生产机构、混合机构、成型机构、还原机构、金属镁生成机构和镁铝尖晶石生成机构；所述氧化镁生产机构包括破碎机1、第一煅烧炉2和粉磨机3；所述混合机构包括加料机4和混合机5；所述成型机构为粉末成型机6；所述还原机构为真空还原罐7，所述真空还原罐7具有结晶区71和还原渣区72；所述金属镁生成机构包括精炼炉20；【在其它一些实施例中，所述金属镁生成机构还包括镁液浇铸设备；所述精炼炉20的流体出口与所述镁液浇铸设备的流体入口流体导通】；所述镁铝尖晶石生成机构包括溶池8、过滤机9和第二煅烧炉10。
所述破碎机1的出料口通过第一传送带11与所述第一煅烧炉2的进料口连通；所述第一煅烧炉2的出料口通过第二传送带12与所述粉磨机3的进料口连通；所述粉磨机3的出料口通过第三传送带13与所述混合机5的氧化镁进料口连通；所述加料机4的出料口位于所述混合机5添加剂进料口的正上方；所述混合机5的出料口通过第四传送带14与所述粉末成型机6的进料口连通；所述粉末成型机6通过第五传送带15将成型的团块传送至邻近所述真空还原罐7的进料口处；
所述结晶区71的结晶物出料口通过第七传送带17与所述精炼炉20的进料口连通；所述还原渣区72的还原渣出料口通过第六传送带16将还原渣传送至邻近所述溶池8的进料口处；所述熔池8的流体出口端通过管道19与所述过滤机9的流体入口端流体导通；所述过滤机9的滤渣出口端通过第八传送带18与所述第二煅烧炉10的进料口连通。本实施例中，所述熔池8中具有质量分数为1～10wt％的氢氧化钠溶液81。
本实施例铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统工作流程具体包括如下步骤：
步骤(1)、将低品位菱镁石在破碎机1中破碎后经第一传送带11传送至第一煅烧炉2中，在第一煅烧炉2中以1000℃煅烧2h后，经第二传送带12传送至粉磨机3磨碎至其粒径小于或等于0.15mm，得到氧化镁粉；本实施例中低品位菱镁石中杂质含量较高，二氧化硅的含量为1.0wt％，氧化钙的含量为2.0wt％。
步骤(2)、将粉磨机3加工成的氧化镁粉经第三传送带13传送至混合机5中，同时通过加料机4向混合机5中加入粒径小于或等于0.15mm的铝粉以及粒径小于或等于0.15mm的氟化钠和无水氯化镁为添加剂；控制混合机5中氧化镁粉、铝粉、氟化钠和无水氯化镁的质量之比为3:1:0.1:0.1，在混合机5中混合均匀后得到混合物料；
步骤(3)、混合物料经第四传送带14传送至粉末成型机6中，并在粉末成型机6中以150MPa、常温条件下压制，得到团块；
步骤(4)、团块经第五传送带15传送至邻近真空还原罐的进料口处，并将团块置于真空还原罐7中，在真空条件下【绝对压力为10Pa】进行还原反应；还原反应的温度为1200℃，反应时间为12h；还原反应结束后在还原渣区72得到还原渣，在结晶区71收集得到结晶混合物；
步骤(5)、还原渣被第六传送带16传送至熔池8中，使还原渣与熔池8中质量分数为5wt％的氢氧化钠溶液中进行溶出反应，氢氧化钠溶液与还原渣的质量之比为8:1；溶出反应的温度为25℃，溶出反应时间为1h；溶出反应结束后将反应混合液体经管道19输送至过滤机中进行过滤，得到滤渣；
步骤(6)、滤渣经第八传送带18传送至第二煅烧炉10中，并于1700℃温度下煅烧24h，煅烧结束后即得到镁铝尖晶石；本实施例制备得到的镁铝尖晶石的密度为3.30g/cm3；镁铝尖晶石中氧化钙的含量为0.15wt％，二氧化硅的含量为0.25wt％。
步骤(7)、结晶混合物经第七传送带17传送至精炼炉20中精炼，精炼温度为750℃，精炼时间为1.0h；精炼结束后，得到镁液和精炼渣，镁液浇铸得到金属镁锭。
本实用新型的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统能够以低品位菱镁石【主成分为碳酸镁】为原料，以铝为还原剂，以氟化钠和氯化镁为添加剂制备金属镁和以炼镁还原渣为原料制备镁铝尖晶石；其基本原理是在还原过程中添加添加剂，使添加剂与低品位菱镁石中的杂质发生反应，转化为可蒸馏的物质去除，达到提纯镁铝尖晶石的目的。
在本实施例真空还原罐中发生的还原反应过程中，除发生氧化镁的还原反应外，添加剂NaF和MgCl2也会发生一系列反应。通过这些反应，可加速还原反应的进行，将还原渣中大部分的杂质CaO和SiO2去除，达到提高镁还原率和提纯还原渣的目的。添加剂NaF和MgCl2发生的主要反应如式1-6所示，通过这些反应，氧化镁粉中大部分的CaO杂质转化为CaCl2被真空蒸馏并在结晶器上结晶，而氧化镁粉中的SiO2杂质部分转化为SiF4气体去除。还原过程中剩余的添加剂MgCl2和NaF，以及反应生成其他组分(金属钠和Na3AlF6)也会被真空蒸馏出来并在结晶器上结晶。
MgCl2+CaO＝CaCl2+MgO(1)
Al+6NaF＝3Na+Na3AlF6(2)
SiO2+4NaF＝2Na2O+SiF4(3)
3SiO2+2Na3AlF6＝3Na2O+Al2O3+3SiF4(4)
2Na+MgO＝Na2O+Mg(5)
3Na2O+2Al＝6Na+Al2O3(6)
还原过程中金属镁与物料中剩余的添加剂MgCl2和NaF，以及反应生成金属钠、CaCl2和Na3AlF6等均在结晶器上结晶，这些结晶混合物被从结晶器上取下后放入到精炼炉中精炼，精炼过程获得镁液和精炼渣。
在溶出池的溶出过程中，还原渣中未反应的金属铝粉和部分的SiO2与NaOH溶液反应转化为铝酸钠和硅酸钠进入溶出液中与渣分离(如式7和式8所示)：
SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O (7)
2Al+2NaOH+6H2O＝2NaAl(OH)4+3H2(8)
本实用新型还原过程所采用的还原罐与当前皮江法炼镁还原罐相同；结晶产物的精炼过程与当前皮江法炼镁相同；镁铝尖晶石产品主要组成与氧化镁和铝粉的配料比例有关，通过调整配料过程中氧化镁粉与铝粉的比例，可制取含氧化铝量0～95wt％的各种镁铝尖晶石耐火材料。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，其特征在于，包括氧化镁生产机构、混合机构、成型机构、还原机构、金属镁生成机构和镁铝尖晶石生成机构；所述氧化镁生产机构的氧化镁出料口与所述混合机构的氧化镁进料口连通；所述混合机构的出料口与所述成型机构的进料口连通；所述成型机构的出料口邻近所述还原机构的进料口；所述还原机构的结晶物出料口与所述金属镁生成机构的进料口连通；所述还原机构的还原渣出料口邻近所述镁铝尖晶石生成机构的进料口。
2.根据权利要求1所述的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，其特征在于，所述氧化镁生产机构包括破碎机(1)、第一煅烧炉(2)和粉磨机(3)；所述破碎机(1)的出料口通过第一传送带(11)与所述第一煅烧炉(2)的进料口连通；所述第一煅烧炉(2)的出料口通过第二传送带(12)与所述粉磨机(3)的进料口连通；所述粉磨机(3)的出料口通过第三传送带(13)与所述混合机构的氧化镁进料口连通。
3.根据权利要求1所述的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，其特征在于，所述混合机构包括加料机(4)和混合机(5)；所述加料机(4)的出料口位于所述混合机(5)添加剂进料口的正上方；所述混合机(5)的出料口通过第四传送带(14)与所述成型机构的进料口连通；所述氧化镁生产机构的氧化镁出料口通过第三传送带(13)与所述混合机(5)的氧化镁进料口连通。
4.根据权利要求1所述的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，其特征在于，所述成型机构为粉末成型机(6)；所述混合机构的出料口通过第四传送带(14)与所述粉末成型机(6)的进料口连通；所述粉末成型机(6)通过第五传送带(15)将成型的团块传送至邻近所述还原机构的进料口处。
5.根据权利要求1所述的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，其特征在于，所述还原机构为真空还原罐(7)，所述真空还原罐(7)具有结晶区(71)和还原渣区(72)；所述结晶区(71)的结晶物出料口通过第七传送带(17)与所述金属镁生成机构的进料口连通；所述还原渣区(72)的还原渣出料口通过第六传送带(16)将还原渣传送至邻近所述镁铝尖晶石生成机构的进料口处；所述成型机构通过第五传送带(15)将成型的团块传送至邻近所述还原机构的进料口处。
6.根据权利要求1所述的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，其特征在于，所述金属镁生成机构包括精炼炉(20)；所述还原机构的结晶物出料口通过第七传送带(17)与所述精炼炉(20)的进料口连通。
7.根据权利要求6所述的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，其特征在于，所述金属镁生成机构还包括镁液浇铸设备；所述精炼炉(20)的流体出口与所述镁液浇铸设备的流体入口流体导通。
8.根据权利要求1所述的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，其特征在于，所述镁铝尖晶石生成机构包括溶池(8)、过滤机(9)和第二煅烧炉(10)；所述溶池(8)的流体出口端通过管道(19)与所述过滤机(9)的流体入口端流体导通；所述过滤机(9)的滤渣出口端通过第八传送带(18)与所述第二煅烧炉(10)的进料口连通；所述还原机构的还原渣出料口通过第六传送带(16)将还原渣传送至邻近所述溶池(8)的进料口处。
9.根据权利要求8所述的铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统，其特征在于，所述溶池(8)中具有质量分数为1～10wt％的氢氧化钠溶液(81)。
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| CN202320032607.2U CN218834425U (zh) | 2023-01-06 | 2023-01-06 | 一种铝热还原制备金属镁和镁铝尖晶石的生产系统 |
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