CN220746036U - 一种连续生产金属镁的还原装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金属制备技术领域的一种连续生产金属镁的还原装置，包括两个上料仓、两个卸料排渣仓和一个还原真空炉，所述还原真空炉和二次进料仓内部均沿着内侧设有一个中心加热坩埚以及若干个内加热坩埚，内加热坩埚的内部设有电加热管，内加热坩埚从设置在中心加热坩埚，本发明是首次利用橄榄石，用电热法连续生产金属镁的生产装置和工艺方法；利用1个大坩埚，内设多个小坩埚来加热；可实现连续加料，连续产出镁蒸气，连续出渣，实现了连续生产的目的，节约了能源、减少了劳动力，提高了效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属制备技术领域，具体为一种连续生产金属镁的还原装置。
背景技术
金属镁用途广泛，全世界金属镁需求量每年以高于30％的速度增长；我国镁产量占世界的80％，我国2022年产能约达到100万吨；目前，90％以上采用传统的“皮江法”炼镁，该方法技术落后，成本高，二氧化碳排放量大，生产一吨金属镁要排放30至40吨二氧化碳，污染严重，劳动强度大，效率低；
现有技术多用白云石生产金属镁，白云石氧化镁含量17.5到21％之间，而二氧化碳含量高达47.9％。用白云石生产金属镁会排放大量的二氧化碳温室气体，不利于环境保护。基于此，本发明设计了一种连续生产金属镁的还原装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续生产金属镁的还原装置，本发明是第一次利用橄榄石作为原料生产金属镁的工艺，橄榄石的氧化镁含量高达45—49％，二氧化硅含量37％，三氧化二铁含量7％，水份含量5％，且不含二氧化碳，符合目前的碳排放和碳中和政策；
本发明是首次利用橄榄石，用电热法连续生产金属镁的生产装置和工艺方法；利用1个大坩埚，内设多个小坩埚来加热；可实现连续加料，连续产出镁蒸气，连续出渣，实现了连续生产的目的，节约了能源、减少了劳动力，提高了效率；
本发明通过二次进料仓的新创设计，在物料进入还原炉之前，就已经进行了第一次预加热，使物料温度在进还原炉之前就预热升温；本发明采用双加料仓和双排渣仓，改变了传统的生产模式，提高了产能并减少了二氧化碳的排放，同时实现了渣料的变废为宝。
本设计二氧化碳排放为零，渣排放为“镁铝尖晶石”(镁铝尖晶石，用金属铝做为还原剂的生产工艺，产生的渣可以变成耐火材料)，是高端耐火材料，也可用镁铝尖晶石生产防火板，及防火材料；利用废渣，节约资源，是一举多得的工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种连续生产金属镁的还原装置，包括两个上料仓，所述两个上料仓分别为一次进料仓和二次进料仓，一次进料仓设置在二次进料仓的上部；
两个卸料排渣仓，所述两个卸料排渣仓分别为一号排渣仓和二号排渣仓，一号排渣仓设置在二号排渣仓的上部；
一个还原真空炉，所述还原真空炉和二次进料仓内部均沿着内侧设有一个中心加热坩埚以及若干个内加热坩埚，单独的每个内加热坩埚的内部以及中心加热坩埚的外部均设有电加热管，内加热坩埚从设置在中心加热坩埚内部，中心加热坩埚上设有镁蒸气出口；
所述二次进料仓、中心加热坩埚以及一号排渣仓上均设有抽真空口，所述一次进料仓和二次进料仓连接处设置第一真空阀，二次进料仓与还原真空炉连接处设置第二真空阀，还原真空炉与一号排渣仓连接处设置第三真空阀，一号排渣仓与二号排渣仓连接处设置第四真空阀。
优选地，所述一次进料仓可通过阀门切断与二次进料仓的通道，一次进料仓是用于常压加料，测量每次加料重量和物料体积，二次进料仓实现真空加料及连续生产。
优选地，所述中心加热坩埚的直径为2米，内加热坩埚为圆柱形，且直径为0.35米。
优选地，所述中心加热坩埚以及若干个内加热坩埚上均安装有温度传感器，将各自的区域温度传到控制系统，控制系统根据需要调节温度。
优选地，所述还原真空炉的外部设有保温层和金属外壳。
优选地，所述还原真空炉的外部安装振动器。
优选地，所述一号排渣仓上设有真空阀，且一号排渣仓和二号排渣仓上均设有循环水降温的水冷壁。
一种连续生产金属镁的工艺方法，包括如下步骤：
S1：先将橄榄石和硅铁、铝、萤石压制成橄榄石球状材料备用；
S2：对橄榄石球状材料投入一次进料仓进行常压上料，对整个还原炉系统抽真空，之后将橄榄石球状材料下到二次进料仓，保持二次进料仓的真空环境以及对二次进料仓内部环境进行升温至300-400℃，对橄榄石球状材料预加热；
S3：将预加热后的橄榄石球状材料投入至还原炉内，将还原炉内温度控制在1400℃，释放镁蒸气，对还原炉内的镁蒸气抽出进行收集；
S4：反应完的渣料排到一号排渣仓，进行冷却，冷却后通过二号排渣仓进行排出，排渣产物为耐火材料镁铝尖晶石。
优选地，在步骤S1中，橄榄石球状材料的直径控制在4-6厘米。
优选地，在步骤S3中，抽出的镁蒸气进入精炼工艺或者连接结晶器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首次用橄榄石替代白云石生产金属镁；橄榄石氧化镁含量是白云石的两倍，且橄榄石不含二氧化碳，不会产生温室气体；
本发明可实现连续工业化生产，成本低、加热速度快、传热效率高；实现了自动化控制，利用热辐射和传导两种方式相结合的加热模式，可单独调控每个坩埚的温度，实现均匀加热，使还原炉内各处温度均匀，多坩埚加热的电热法冶炼镁的装置和工艺，没有二氧化碳和粉尘及二氧化硫排放，解决了金属镁生产环节的环境严重污染问题，做到了二氧化碳、二氧化硫的零排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中心加热坩埚以及内加热坩埚横截面结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-一次进料仓，2-二次进料仓，3-还原真空炉，4-一号排渣仓，5-二号排渣仓，6-镁蒸气出口，7-振动器，8-中心加热坩埚，9-内加热坩埚，10-电加热管，11-保温层，12-金属外壳，13-第一真空阀，14-第二真空阀，15-第三真空阀，16-第四真空阀，17-抽真空口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种连续生产金属镁的还原装置，包括两个上料仓，两个上料仓分别为一次进料仓1和二次进料仓2，一次进料仓1设置在二次进料仓2的上部，一次进料仓1可通过阀门切断与二次进料仓2的通道，一次进料仓1是用于常压加料，测量每次加料重量和物料体积，二次进料仓2实现真空加料及连续生产。
两个上料仓是分批进行处理；一次料仓是常压；二次料仓是真空；二次料仓加热后，将橄榄石球状材料下卸到还原室后，还原室开始工作；还原室工作的同时，一二号料仓重复进仓工作，二号料仓进行预加热；这样能大大减少还原室的加热工作时间，提高效率；这样的方式能实现不间断的生产，实现连续生产。(现有技术：都是一次装满还原室；工作完成后再重复加入，橄榄石球状材料没有预热的过程，效率低，且不能连续生产，要中断；每次中断后启动，都会造成资源的浪费)
两个卸料排渣仓，两个卸料排渣仓分别为一号排渣仓4和二号排渣仓5，一号排渣仓4设置在二号排渣仓5的上部；一号排渣仓4上设有真空阀，且一号排渣仓4和二号排渣仓5上均设有循环水降温的水冷壁。
一个还原真空炉3，还原真空炉3和二次进料仓2内部均沿着内侧设有一个中心加热坩埚8以及若干个内加热坩埚9，单独的每个内加热坩埚9的内部以及中心加热坩埚8的外部均设有电加热管10，内加热坩埚9从设置在中心加热坩埚8内部，中心加热坩埚8的直径为2米，内加热坩埚9为圆柱形，且直径为0.35米，还原真空炉3的外部设有保温层11和金属外壳12。还原真空炉3的外部安装振动器7。
中心加热坩埚8以及若干个内加热坩埚9上均安装有温度传感器，将各自的区域温度传到控制系统，控制系统根据需要调节温度。
二次进料仓2、中心加热坩埚8以及一号排渣仓4上均设有抽真空口(17)。一次进料仓1和二次进料仓2连接处设置第一真空阀13，二次进料仓2与还原真空炉3连接处设置第二真空阀14，还原真空炉3与一号排渣仓4连接处设置第三真空阀15，一号排渣仓4与二号排渣仓5连接处设置第四真空阀16。
具体的，一次进料仓1给二次进料仓2加料后，分别关闭一次进料仓1给二次进料仓2底部的阀门，将二次进料仓2抽成真空，通过电加热管10进行第一次物料橄榄石球状材料预加热到400℃；预加热完成后，打开二次进料仓2底部的真空阀，使物料橄榄石硅铁萤石制成的球状物料下落至真空还原炉内；通过中心加热坩埚8以及若干个内加热坩埚9优选为7组进行加热还原反应，此时炉体内是真空。包裹的电加热管10的坩埚同时工作，使真空还原炉温度在1200度到1600度之间。此时开始释放镁蒸气；800度开始出蒸汽，1200-1600度时达到稳定出蒸汽的工作状态；
镁蒸气提取工作完成后，排渣卸料；先打开第一排渣卸料仓上部的真空阀，开启振动器7(在排渣时先打开真空阀如果卸料(渣)困难就打开振动器(7)振动卸料(渣))，使物料渣卸到了第一排渣仓中，后关掉该真空阀，打开第一排渣仓底部的真空阀，使物料渣放到第二排渣仓；这时关掉该真空阀，取出排渣产物“镁铝尖晶石”，工序完成。
橄榄石硅铁、铝萤石在还原炉内进行还原反应时，还原炉内对持续抽真空工作，使还原炉一直处于真空状态，镁蒸气口连接结晶器或精炼炉进行下一步精炼。
一种连续生产金属镁的工艺方法，包括如下步骤：
S1：先将橄榄石和硅铁、铝、萤石压制成橄榄石球状材料备用，具体的，橄榄石球状材料的直径控制在4-6厘米；
S2：对橄榄石球状材料投入一次进料仓1进行常压上料，对整个还原炉系统抽真空，之后将橄榄石球状材料下到二次进料仓2，保持二次进料仓2的真空环境以及对二次进料仓2内部环境进行升温至300-400℃，对橄榄石球状材料预加热；
S3：将预加热后的橄榄石球状材料投入至还原炉内，将还原炉内温度控制在1400℃，释放镁蒸气，对还原炉内的镁蒸气抽出进行收集，抽出的镁蒸气进入精炼工艺或者连接结晶器；
S4：反应完的渣料排到一号排渣仓4，进行冷却，冷却后通过二号排渣仓5进行排出，排渣产物为耐火材料镁铝尖晶石。
本发明与现有技术相比，有以下优点：
1.首次利用橄榄石作为原料生产金属镁，橄榄石与白云石的比较，橄榄石氧化镁含量45％至49％，二氧化硅含量37％，三氧化二铁含量7％，水份含量5％；而白云石氧化镁含量17.5—21％，二氧化碳含量47.9％，用白云石生产金属镁矿石用量为12吨生产1吨镁蒸气；而用橄榄石生产金属镁，橄榄石矿石用量2.6吨可生产1吨金属镁；矿石成本是白云石的五分之一；
白云石生产过程要经过两次耗能，两次煅烧，第一次煅烧主要是释放二氧化碳(占白云矿石的47.7％，)(白云石的分子式是CaCO 3MgCO 3。理论成分：氧化钙30.4％，氧化镁21.9％，二氧化碳47.7％。它含有硅、铝、铁和钛等杂质。)排完二氧化碳后，才提高了氧化镁的含量，然后再进行热还原反应，两次能源消耗；
而本技术方案的橄榄石矿石不含二氧化碳，所以只需要一次煅烧；本发明橄榄石矿石是直接一次热还原反应，能耗是白云石矿石的六分之一，白云石生产一吨金属镁要排放40多吨二氧化碳排放，非常不符合国际社会对二氧化碳排放的要求；白云石生产后的镁渣排放，由于用白云石生产金属镁工艺落后，后续很容易被淘汰，加之金属镁全球需求量逐年增加，白云石生产的镁渣没有其他用途，在我国森林地区成了解决不了的难题。
橄榄石的发现到目前为止，没有用它作为金属镁的原材料，首次发明用橄榄石作为原料，生产金属镁，因为橄榄石本身耐高温的特点，没有用它做原料生产金属镁，因为它本身耐高温，生产难度大，分离困难，还原温度要求高，生产设备要求高，提取回收率低，耐温度能力强，还原难度大，本发明解决了以上困难，研发出了一套新工艺新装置，而且能连续生产金属镁。
该技术方案的第二产物，排渣仓收集的是“镁铝尖晶石”，做为优良的耐火材料，可二次使用。最大程度节约和利用了能源。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种连续生产金属镁的还原装置，其特征在于：包括
两个上料仓，所述两个上料仓分别为一次进料仓(1)和二次进料仓(2)，一次进料仓(1)设置在二次进料仓(2)的上部；
两个卸料排渣仓，所述两个卸料排渣仓分别为一号排渣仓(4)和二号排渣仓(5)，一号排渣仓(4)设置在二号排渣仓(5)的上部；
一个还原真空炉(3)，所述还原真空炉(3)和二次进料仓(2)内部均沿着内侧设有一个中心加热坩埚(8)以及若干个内加热坩埚(9)，单独的每个内加热坩埚(9)的内部以及中心加热坩埚(8)的外部均设有电加热管(10)，内加热坩埚(9)从设置在中心加热坩埚(8)内部，中心加热坩埚(8)上设有镁蒸气出口(6)；
所述二次进料仓(2)、中心加热坩埚(8)以及一号排渣仓(4)上均设有抽真空口(17)，所述一次进料仓(1)和二次进料仓(2)连接处设置第一真空阀(13)，二次进料仓(2)与还原真空炉(3)连接处设置第二真空阀(14)，还原真空炉(3)与一号排渣仓(4)连接处设置第三真空阀(15)，一号排渣仓(4)与二号排渣仓(5)连接处设置第四真空阀(16)。
2.根据权利要求1所述的一种连续生产金属镁的还原装置，其特征在于：所述一次进料仓(1)可通过阀门切断与二次进料仓(2)的通道，一次进料仓(1)是用于常压加料，测量每次加料重量和物料体积，二次进料仓(2)实现真空加料及连续生产。
3.根据权利要求1所述的一种连续生产金属镁的还原装置，其特征在于：所述中心加热坩埚(8)的直径为2米，内加热坩埚(9)为圆柱形，且直径为0.35米。
4.根据权利要求1所述的一种连续生产金属镁的还原装置，其特征在于：所述中心加热坩埚(8)以及若干个内加热坩埚(9)上均安装有温度传感器，将各自的区域温度传到控制系统，控制系统根据需要调节温度。
5.根据权利要求1所述的一种连续生产金属镁的还原装置，其特征在于：所述还原真空炉(3)的外部设有保温层(11)和金属外壳(12)。
6.根据权利要求1所述的一种连续生产金属镁的还原装置，其特征在于：所述还原真空炉(3)的外部安装振动器(7)。
7.根据权利要求1所述的一种连续生产金属镁的还原装置，其特征在于：所述一号排渣仓(4)上设有真空阀，且一号排渣仓(4)和二号排渣仓(5)上均设有循环水降温的水冷壁。
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