微波碳法炼镁工艺制造技术

本发明专利技术微波碳法炼镁工艺涉及炼镁技术领域。将磨细至120目的菱镁矿石与磨细至100目的兰炭以1∶0.7混合后压制成的镁砖经预热：在真空压力下微波加热至1100℃、再至1300℃使镁砖中还原出来的镁蒸汽达到最大峰值；延续至23-30min时使镁砖脱离微波加热且进入微波延时效应和余热加热状态，使镁砖在无能源状态下继续进行碳还原反应且还原镁蒸汽；在真空压力和镁蒸汽自身压力共同作用下，对镁砖中还原出来温度为900-1000℃的镁蒸汽置于450-500℃条件下结晶，获得高纯度结晶环镁；镁砖经冶炼后的渣料温度降至20℃时排放；之后进行下一周期的微波碳法炼镁工艺。用于炼镁。为微波能源碳法炼镁新技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术微波碳法炼镁工艺，涉及冶金
;具体涉及微波碳法炼镁工艺的

技术介绍
1755年人类发现了镁的化合物，1774年金属镁首次被人类发现，并以希腊古城Magnesia命名，元素符号为Mg。1808年被确认有使用价值，1886年德国首先用于工业，现在已有129年历史。在实用金属材料中，镁及其合金密度低，被誉为21世纪的超轻材料。将陶瓷增强体加入镁，可显著提高弹性模量、强度、耐磨和耐高温性能，镁与其它金属相比具有更低的密度和更高的比刚度及良好的阻尼性，在航空、航天工业中应用兴趣浓厚，更是当今国防和高
中最希望采用的材料，其广泛的应用前景，正呈现出方兴未艾的态势。镁的应用领域还有冶金、化学、电学、牺牲阳极、烟花、3C产品等。在寻找降低运输部门排放量的策略和办法过程中，轻量化设计是使汽车、火车或飞机提高效率的较佳解决方案。镁比钢减轻55%，与铝相比减轻25%，某些部件与铝相比，减轻47%的重量。通过镁可有效的降低材料的重量，可实现节省燃料和减少废气排放量的目的。其中德国航空中心(DLR)所作的金属镁LCA(全生命周期分析)项目进展表明一一镁作为一种轻质材料一一为各种重量敏感的应用提供了可观的潜力。为此，世界各国对镁的生产与研究极为重视。金属镁发展有三个阶段:化学法阶段、熔盐电解法阶段、热还原法阶段。中国1954年用菱镁矿氯化电解法建设了抚顺镁车间，年产3000吨，炼出了新中国第一块金属镁锭。中国到2014年金属镁年产量87.39万吨，产值290.13亿元，中国是产镁大国，也是出口大国。因全球气候变化和节能减排，所以镁冶炼工艺技术及设备受到重视。根据国情，中国基本采用皮江法炼镁。皮江法是外热法，将白云石(MgC03.CaC03)在回转窑中煅烧(1130°C-1230°C )，经研磨与硅铁粉(FeS275% )加萤石粉(CaF295% )混合、制球(制球压力8.5-25.8MPa)，置入高温合金钢罐内，在还原炉中以1210 °C -1250 °C的温度及1.33-13.3Pa真空下还原生产粗镁。经过熔剂精炼、铸锭、表面处理，即获得金属镁锭。皮江法炼镁可以直接采用分布广泛、储量丰富的白云石资源作原料;能利用天然气、煤气、重油和交流电等为热源;工艺流程和设备较简单，建厂投资少，生产规模灵活，成品镁的纯度高等特点;其炉体小、建造容易、技术难度小、再加上我国以前对环境与资源的限制较少，因此，皮江法“遍地开花”。应该说，这是我国镁冶金工业在特定的环境和条件下发展起来的，具有一定的特色。但是，已有公知技术皮江法存在的不足、缺陷与弊端是:能源消耗高、对环境污染严重、设备寿命短且成本高、产能小及纯度低且成本高。具体的说就是:①、能源消耗高:皮江法以外加热的热源基本上都是用液体燃料、气体燃料或固体燃料产生的热量，而其中绝大多数是用固体燃料煤为燃料，每生产一吨金属镁大约需要1t的优质煤，如果按2.5kWh/kg煤发电煤耗计算，这1t优质煤相当于25000kWh，由此可见，使用煤为燃料，其热效率非常低，使用固体煤(包括液体和气体燃料)为燃料之所以热效率低，是因为燃料燃烧产生的大部分热量被烟气带走了。②、对环境污染严重:皮江法采用固体、液体和气体燃料炼镁排放过多的燃烧气体，造成了极大的环境污染。③、设备寿命短且成本高:皮江法采用外部加热，设备的管内真空度高，对高温钢合金的损坏非常严重，设备的使用寿命短；同时，设备的消耗所占成本很大，冶炼I吨金属镁，折合设备消耗1500?2000元，所以成本高。④、产能小及纯度低且成本高:皮江法为炉外加热，受传热和炉体(内部真空在高温条件下变形)限制，反应炉体的直径大小便受到限制，因此单炉产量也就受到限制，为了达到一定的生产规模，不得不制造更多的反应炉，大大增加了炉体和附属设备制造费用和投资，这种状况的劳动强度大、无法实现大工业化生产、自动化程度低；同时，由于煤耗高、还原剂消耗多、罐材消耗大等原因，导致成本高，造成我国镁冶炼厂几乎没有利润。近年来，微波加热技术迅速发展，已经广泛应用于各种物料的干燥、加热以及粉末煅烧。微波是一种频率在300?300000MHz的电磁波，即波长为10cm-1mm的电磁波，微波加热是通过在材料内部产生微观电流，造成材料内部的电性能量耗散直接加热物料，它不需要由表及里的热传导。因此，微波加热不需要像传统的燃料式加热或电阻式加热那样的传热过程，由微波发生器所产生的能量可直接由物料吸收而实现整体均匀升温。微波具有选择性加热料、升温速率快、加热效率高的突出特点与优势，而且具有降低反应温度、缩短反应时间、节能降耗明显等优点。因此，开发理论研究，进行先进、高效的微波煅烧新工艺研究具有重大意义。但是，值得注意的是:目前，对于微波煅烧的系统研究、且能够形成理论体系的大型冶炼设备及控制技术还未出现。基于专利技术人的专业知识与工作经验及对事业精益求精的不懈追求，在认真而充分的调查、了解、分析、总结、研究已有公知技术和现状基础上，充分考虑到我国镁矿石资源丰富，其中菱镁矿石保有储量达30亿吨，约占世界总储量1/4的优势，科学合理的引入微波加热技术这种新能源，特采取“微波加热菱镁矿与兰炭炼镁”关键技术，研制成功了 “微波碳法炼镁工艺” ο即:在相对真空条件下，以微波为能源，对菱镁矿与兰炭制成的镁砖实施加热，将镁蒸汽结晶获得高纯度的镁金属，该工艺省去菱镁矿煅烧制取氧化镁工序，缩短了工艺流程，本专利技术与已有公知技术皮江法相比:皮江法是外热法、二者所应用的加热能源不同；本专利技术的原料是菱镁矿和兰炭、尤其将兰炭作为还原的原料、未见报道，本专利技术与皮江法相比所使用还原的原料不同；本专利技术是皮江法及其他各种炼镁方法均无法相比的，有效的解决了已有公知技术和现状的不足、缺陷与弊端，是对已有炼镁公知技术和现状颠覆性的技术革命。
技术实现思路
本专利技术采用“微波加热菱镁矿与兰炭炼镁”关键技术，将磨细至120目的菱镁矿石与磨细至100目的兰炭以1:0.7混合后压制成的镁砖经预热:在真空压力下微波加热至1100°C、再至1300°C使镁砖中还原出来的镁蒸汽达到最大峰值;延续至23-30min时使镁砖脱离微波加热且进入微波延时效应和余热加热状态，使镁砖在无能源状态下继续进行碳还原反应且还原镁蒸汽；在真空压力和镁蒸汽自身压力共同作用下，对镁砖中还原出来温度为900-1000°C的镁蒸汽置于450-500°C条件下结晶，获得高纯度结晶环镁;镁砖经冶炼后的渣料温度降至20°C时排放;之后进行下一周期的微波碳法炼镁工艺。通过本专利技术达到的目的是:①、采用“微波加热菱镁矿与兰炭炼镁”关键技术，提供“微波碳法炼镁工艺”新技术。②、本专利技术为微波加热，使得炼镁改变了传统使用固体煤或液体及气体燃料的做法，提供了以微波加热的新能源及微波延时效应和余热加热，使微波热能获得了充分利用，具有节能降耗的突出有益效果。③、本专利技术由菱镁矿石与兰炭组压成的镁砖设置有凹沟，有利于最大限度地吸收微波热能;本专利技术以兰炭作为还原物料，开创了炼镁还原的新颖性创新技术。④、本专利技术将镁砖以600-650°C的温度预热lh，充分利用了煤碳的焦结性，可使作为还原物料的镁砖能够有效的粘结在一起，避免了在炼镁过程中产生喷料现象，利用微波在300 0C以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波碳法炼镁工艺，其特征在于：①、镁砖制备：由含镁为41‑47％的菱镁矿石与含碳为85‑87％的兰炭组成炼镁原料；将磨细至120目的菱镁矿石与磨细至100目的兰炭以1∶0.7的比例混合，在25‑30Mpa压力下压制成长300mm、高100mm、一端宽200mm、另一端宽150mm的镁砖；②、镁砖预热：将镁砖以600‑650℃的温度预热1h，利用煤碳的焦结性使作为还原物料的镁砖能够粘结在一起，避免在炼镁还原过程中产生喷料现象；③、镁砖冶炼：将保持300‑400℃温度的预热镁砖在真空压力100Pa状态下以微波加热至1100℃时，在真空压力10Pa状态下仍以微波加热8‑10min，使镁砖温度升至1300℃时在真空压力10‑2Pa状态下仍以微波加热15‑20min，使镁砖中还原出来的镁蒸汽达到最大峰值，一直将这种状态延续至23‑30min时使镁砖脱离微波加热且进入微波延时效应和余热加热状态，以使镁砖继续进行碳还原反应，从而作到镁砖在无能源状态下继续还原镁蒸汽；上述镁砖冶炼还原过程中，在真空压力和镁蒸汽自身压力的共同作用下，对镁砖中还原出来温度为900‑1000℃的镁蒸汽置于450‑500℃条件下结晶，获得高纯度的结晶环镁；④、排渣：镁砖经冶炼还原后留下的渣料待温度降至20℃时排放；之后再进行下一个周期的微波碳法炼镁工艺。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于洪喜，吴用，李华梅，
申请(专利权)人：于洪喜，
类型：发明
国别省市：北京;11