[发明专利]一种熔融还原碳热法制镁工艺及装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种炼镁工艺，具体指一种熔融还原碳热法制镁工艺。本发明同时还涉及利用该工艺设计的一套制镁装置，属于冶金技术领域。

 

背景技术

皮江法是目前使用最广泛的一种热法炼镁工艺，它是在真空下用硅铁合金还原煅烧白云石制取金属镁。由于皮江法存在着污染环境、生产效率低、能耗高等问题，开发新的炼镁工艺成为镁产业发展的必然趋势。目前，热法炼镁主要有两个发展方向：1、采用廉价的碳代替硅铁合金作为还原剂制取金属镁，即碳热法；2、在半连续电阻炉中，用铝土矿和锻白混合，形成熔渣，用硅铁作还原剂，制取金属镁，即半连续还原法。这两种方法均较皮江法有一定的进步，但仍存在一些不足。碳热法采用廉价的碳代替硅铁合金作为还原剂，大大降低了原料成本，但是碳热法依然是固体之间的反应，因此还原速度依然不高，也无法达到连续生产。半连续法能够在半连续电阻炉内通过不断的加料形成熔渣从而实现连续生产，提高了生产效率，但是半连续法大都仍采用硅铁做还原剂，原料基本跟皮江法一样，故原料成本较高，而且反应中是固液混合，液相所占比例较小，反应速度受液相所占比例制约，提高幅度不大。

    

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种降低原料成本、加快反应速度并实现连续生产的熔融还原碳热法制镁工艺。

本发明的另一个目的是基于上述熔融还原碳热法制镁工艺而设计的一套制镁装置。

本发明的技术方案是这样实现的：一种熔融还原碳热法制镁工艺，本工艺以菱镁石为主原料，氧化钙、氧化铝和二氧化硅为造渣剂，煤、碳或石墨为还原剂；其制备步骤为：

（1）煅烧-菱镁石通过煅烧获得煅烧菱镁石以备用；

（2）基渣配制-基渣采用氧化钙、氧化铝和二氧化硅三种物质配成，碱度氧化钙/二氧化硅的范围控制在1～1.8之间，氧化铝占基渣总重量的20%～40%；

（3）原料配制-将配好的煅烧菱镁石和还原剂混合，还原剂中C与煅烧菱镁石中MgO摩尔比为1.1～1.4；

（4）抽真空-将配好的基渣装入装料坩埚中，再将基渣连同装料坩埚放入真空反应器中，反应器真空控制在10Pa～1000Pa之间；

（5）炉渣熔化-在真空反应器内对基渣加热使基渣处于完全熔融状态；

（6）加料-将第（3）步配好的原料加入到已熔融的基渣中，使原料中的MgO完全熔解在基渣中，形成CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂四元炉渣，并使MgO质量控制在四元炉渣的20%以下；

（7）还原反应-在温度为1550℃～1650℃下使MgO发生还原反应；

（8）收集-还原反应得到的镁蒸气通过冷凝收集即得金属镁。

所述第（6）步的加料为持续加料或间隔加料，以使第（7）步的还原反应持续进行，并始终保持MgO质量在四元炉渣的20%以下。

所述菱镁石和碳粒粒度大于60目。

所述第（4）步基渣占装料坩埚容积的1/3～1/2。

根据上述熔融还原碳热法制镁工艺设计的制镁装置，它包括上端敞口的炉壳和将炉壳上端封盖的炉盖，炉壳和炉盖内为真空；在炉壳底部和周围设有耐火砖层，耐火砖层中间为空腔形成加热区，加热区内设有盛装炉渣的装料坩埚，在装料坩埚四周与耐火砖层之间设有加热元件；在炉壳外设有加料机构，加料机构的加料管穿过炉壳和耐火砖层进入装料坩埚；在装料坩埚开口上方设有石墨隔热体，石墨隔热体周围由耐火砖层支撑，石墨隔热体中心设有通孔；在石墨隔热体上方设有正对通孔的结晶器。

进一步地，在结晶器内设有防尘罩，防尘罩将石墨隔热体中心通孔罩住，在防尘罩下端周围设有若干通气孔。

同时，在炉盖内设有夹层结构的冷却罩，冷却罩与结晶器形状对应并罩在结晶器上，冷却罩上设有与夹层相通的冷却液进口和冷却液出口，冷却液进口和冷却液出口分别通过冷却液管引出炉盖与冷却液连接。

在装料坩埚底部与耐火砖层之间设有耐火砖垫块。

所述加料机构包括放料罐和备料罐，放料罐和备料罐通过管道连通，在管道上设有调节阀，加料管与放料罐连通。

本发明氧化镁的还原、镁蒸汽的收集在同一反应器内进行。本工艺利用廉价的煤碳作为还原剂，降低了原料成本；反应在完全熔化的炉渣中进行，加快了反应速度；原料不需制球，且可以不断加入反应炉中，实现了镁的连续生产，有效的降低了劳动强度，并提高了设备利用率和生产效率。

 

附图说明

图1-本发明制镁装置结构示意图。