[发明专利]一种以硅钙合金为还原剂真空炼镁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属镁的制备方法，特别涉及一种以硅钙合金粉为还原剂真空炼镁的方法。

背景技术

目前工业生产金属镁的方法主要有两种，一种是熔盐电解法，另一种是以硅铁为还原剂的真空金属热还原法，该方法主要是皮江法（Pidgeon）炼镁技术。皮江法炼镁由于工艺简单，投资小，成本低，且相对于熔盐电解法生产过程中无腐蚀性气体排出，因此越来越多地取代熔盐电解法。然而该方法也有缺点，那就是使用硅铁合金作还原剂，只能以白云石为原料，且要求白云石中CaO与MgO的摩尔比为1，而不能使用诸如菱镁石和水镁石等除白云石以外的含镁矿物作原料，因此该方法受到原料的限制，并且还原过程中的料/镁较大，一般在6.5:1左右，即生产一吨金属镁所消耗的原料量较大，能耗较高。为了解决这个问题，也有专利提出以工业纯铝或铝硅合金为还原剂的真空金属热还原炼镁的方法，但都因为成本较高而未能在工业上得到应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种以硅钙合金为还原剂，以白云石、菱镁石、水镁石、石灰石或镁化白云石煅烧后，主要成分为CaO和MgO的混合氧化物为原料的金属真空热还原炼镁方法。目的在于减少原料消耗，降低生产成本，从而实现大幅度地提高镁生产的经济效益和社会效益。

一种以硅钙合金粉为还原剂真空炼镁的方法，具体方案包括以下步骤：

（1）以白云石、菱镁石、水镁石、石灰石和镁化白云石为原料，分别进行煅烧，其中白云石和石灰石的煅烧温度为1000-1200℃，煅烧后分别获得主要成分为CaO·MgO和CaO的物料，菱镁石和水镁石的煅烧温度为700-1000℃，煅烧后获得主要成分为MgO的物料；镁化白云石的煅烧温度为900-1200℃，煅烧后获得主要成分为CaO·MgO和MgO的物料，将上述含CaO和MgO的物料配置成CaO/MgO摩尔比为（0~1）:1的原料，不包括1:1的配料，当摩尔比为0:1时即原料全是MgO；

（2）将上述配好的原料在球磨机中磨细至1.0mm以下并混合均匀，获得待还原粉料；

（3）在待还原粉料中加入还原剂，还原剂为粒度在1.0mm以下的硅钙合金粉Ca_xSi_（1-X），还原剂的加入量为还原反应理论配料量的1.01-1.10倍；

（4）将反应物料混合均匀后，压成团块料或球团料；

（5）将团块料或球团料置入真空还原反应器中，在1000-1300℃温度，低于80Pa的真空条件下进行还原，还原物料中的氧化镁被硅钙合金还原生成镁蒸汽在真空还原反应器上部的结晶器上结晶成金属镁，还原反应产物除金属镁外，还有固体残渣，其主要成分为2CaO·SiO₂。

上述以硅钙合金为还原剂的真空金属热还原制取金属镁的化学反应方程式为：

(2-x)MgO + (2-3x)CaO + Ca_xSi_（1-X） = (2-x)Mg + (1-x)[ 2CaO·SiO₂]   （1）   

式中   0<x≤2/3。

上述硅钙合金中可以有金属铁、镁存在，但金属铁不参与还原反应。

由上述还原反应方程式（1）可以看出：

（1）当x=1/2=0.5时，还原剂Ca_xSi_（1-X）可以写成CaSi，此CaSi为Ca-Si合金二元系相图中Ca与Si所形成的较为稳定的化合物，此时的硅钙合金真空热还原炼镁的反应方程式可以写成：

3MgO + CaO+ CaSi = 3Mg +2CaO·SiO₂                        （2）。

（2）当x=2/3时，还原剂Ca_xSi_（1-X）可以写成Ca₂Si，此Ca₂Si为Ca-Si合金二元系相图中Ca与Si所形成的非稳定状态的合金化合物，此时的硅钙合金真空热还原炼镁的反应方程式可以写成：

    4MgO + Ca₂Si = 4Mg +2CaO·SiO₂                        （3）。