[发明专利]一种以纯硅粉为还原剂直接还原出金属镁的方法

说明书

一种以纯硅粉为还原剂直接还原出金属镁的方法，利用金属硅工业生产废料(纯硅粉)为还原剂直接进行硅热还原镁，具体是，将压制好并烘干处理后的料球放入还原管件中的还原罐内，装配好还原管件及结晶所需的石墨管件，将其放入立式三段控温炉；将立式三段控温炉接通真空泵和高纯惰性气体；反复洗气2次，再次抽真空开始加热至，冷却得到金属镁；本发明利用金属硅工业生产的废料(纯硅粉)进行还原，从而证实了纯硅作为硅热法炼镁还原剂的可行性，且纯硅粉在一定程度上提高了还原效率，降低了料镁比；其次金属硅工业废料变废为宝，解决了环境污染以及能耗的问题，降低了硅热法炼镁的成本，使得此法具有极高的应用价值。

技术领域

本发明涉及金属冶炼技术领域，特别涉及一种以纯硅粉为还原剂直接还原出金属镁的方法，即一种直接利用半导体硅(光伏以及芯片)工业生产出的边角料(纯硅粉)作为炼镁的还原剂进行硅热还原的方法，可推广应用于革新传统的金属镁冶炼工艺。

背景技术

镁是最轻的结构金属材料，具有高比强度、减震性能好、电磁屏蔽性好及生物相容性好等优点，在航空航天、国防军工、汽车、轨道交通、电子产品和生物医用材料等领域具有广阔的应用前景，被誉为“21世纪最具开发和应用潜力的绿色工程材料”。

目前，工业生产金属镁的方法分为两种，一种是熔盐电解法，另一种是硅热还原法。目前，我国是世界上最大的原镁生产国，镁产量超过全球产量的80％，真空硅热法是我国主流的镁生产工艺，产量超过全国的95％。真空硅热法由于工艺简单，投资小，成本低等优点而被广泛的采用。然而此方法也存在一些问题，市面上原镁普遍质量较差，且生产原镁还原剂采用硅铁，占原镁生产成本的45％左右，最高可达60％，生产成本高，能耗大。在中国硅热法炼镁的早期，徐日瑶先生《硅热法炼镁生产工艺学》这本教科书中提到，选用高硅含量的硅铁作为还原剂，炉料在细磨加工时容易被氧化，表面会产生一层SiO2薄膜，阻碍Si原子向氧化物表面扩散的速度，纯Si粉被认为易氧化，不可工业化应用。目前很多学者对于降低原镁冶炼成本做出了较多的研究，很大一部分是通过采用低廉价格的还原剂使得成本降低，部分是通过改变加热方式，使得能量利用效率提高。

近年来，传统的硅热还原工艺得到了一定程度的改进。专利CN104789775B提出一种铝铁还原剂，利用铁屑和回收的废铝进行熔炼，铝铁合金以此作为硅热法炼镁的还原剂，可以较好的降低成本；发明专利CN201942729U提出一种半连续真空感应加热镁还原炉，碳粉作为还原剂，将反应容器和镁蒸气收集器分离，以碳粉作为还原剂能显著降低还原成本。专利CN101705374A提出一种加快还原提高金属镁生产率的工艺，通过在传统工艺中添加Al粉、Ca粉促进还原反应；专利CN102864315A提出采用镁硅合金来还原金属镁，可以降低目前工业生产的料镁比。据文献报道，采用CaC2、Al粉以及液态钙还原金属镁也被提出，但这些方法难以被工业化应用，目前并未见有相关报道。因此，目前这些方案并不能彻底解决硅热还原法炼镁的还原效率低、成本高等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种以纯硅粉为还原剂直接还原出金属镁的方法，直接采用金属硅工业生产出的废料(纯硅粉)作为硅热法炼镁的还原剂，这样使用纯硅粉进行还原，可以提高单炉进料量，且纯硅粉含杂质量更低，使得原镁品质提升，更进一步，解决了金属硅生产工业的废料难以解决的问题，实现纯镁制备，解决了用硅热还原法炼镁存在的产品品质低、成本高、产率低等问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种以纯硅粉为还原剂直接还原出金属镁的方法，包括以下步骤：

(1)磨粉：将块状煅烧白云石磨成粉料，并将金属硅边角料进行磨粉，准备好萤石粉，并分别通过80-120目筛网。

(2)混粉：将细磨后过筛的煅烧白云石、硅粉、萤石粉按照100:10-28:2质量比例进行混合，得到混合粉料。

(3)压球：将混合粉料进行压球处理，压球压力为40-80Mpa，获得球料料胚。