一种铝热还原生产镁锂合金副产镁铝尖晶石的方法技术

一种铝热还原生产镁锂合金副产镁铝尖晶石的方法，按以下步骤进行：(1)将菱镁石煅烧；(2)将碳酸锂/氢氧化锂与氧化铝混合制成球团后煅烧获得铝酸锂；(3)将煅后菱镁石、铝酸锂和铝粉球磨混合再制成球团，然后用带有结晶器的还原罐真空还原；(4)将结晶器内的粗镁锂合金取出，覆盖剂覆盖后重新熔化精炼；(5)还原渣进行电弧炉熔炼，生成的烟气返回步骤(2)；(6)渣料磨细制团，真空蒸馏回收精炼剂，蒸馏残留物返回步骤(2)。本发明专利技术的方法中锂元素可100％被利用，无废渣生成。

【技术实现步骤摘要】
一种铝热还原生产镁锂合金副产镁铝尖晶石的方法
本专利技术属于冶金
，特别涉及一种铝热还原生产镁锂合金副产镁铝尖晶石的方法。
技术介绍
金属镁密度1.74g/cm3，金属锂密度0.53g/cm3，镁锂合金是密度最小的合金材料，比重一般介于0.97～1.6g/cm3，比普通镁合金轻1/4～1/3，比铝合金轻1/3～1/2，被称为超轻合金；镁锂合金具有高的比强度、比刚度(从材料刚性来看，若普通钢的刚性为1，则钛的刚性为2.9，铝的刚性为8.19，镁的刚性为18.9，镁锂合金的刚性为22.68)和优良的抗震性能以及抗高能粒子穿透能力，而且其密度远远小于新型航空用材铝锂合金的密度，是航空、航天、兵器工业、核工业、汽车、3C产业、医疗器械等领域最理想并有着巨大发展潜力的结构材料之一。目前，镁锂合金基本是采用金属镁和金属锂兑掺的方法生产的；金属镁是采用皮江法生产的，金属锂是采用熔盐电解法生产的；皮江法生产金属镁是能耗最高，废渣排放量最大的有色行业之一，是国家近年来重点调控的行业之一；电解法生产金属锂是以氯化锂为原料，在以氯化锂和氯化钾为主要熔盐体系中进行的，生产过程中每生产一吨金属锂要消耗40000kWh的电，同时产生5吨多的有毒气体氯气；因此，金属锂和金属镁的冶炼均属于典型的高能耗、高污染的冶金行业；另外，兑掺法生产镁锂合金的过程是先将镁熔化，然后将固体或气态金属锂加入镁液中，然后扩散至镁溶液中形成镁锂合金，或将金属镁和金属铝放入到真空炉内同时熔化形成镁锂合金，在生产过程中由于金属锂的饱和蒸汽压较高，在空气中极易氧化燃烧导致金属锂的损失，且很容易发生危险；而在真空条件下，镁和锂(特别是锂)又容易挥发，导致合金成分变化，能耗较高；且采用兑掺法生产的镁锂合金中锂在合金中的分布不均匀；其它的镁锂合金的生产方法也都或多或少的存在一些难以解决的问题，这些因素导致镁锂合金的生产成本很高，高达几十万元一吨，限制了镁锂合金的进一步推广应用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种铝热还原生产镁锂合金副产镁铝尖晶石的方法，以铝粉为还原剂，以煅后菱镁石和铝酸锂为原料，真空热还原直接生产粗镁锂合金，经精炼和调节成份后制成工业用镁锂合金，生成的还原渣可制取镁铝尖晶石并回收氧化锂；降低生产成本的同时，无废弃物生成。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、将菱镁石在800～1000℃煅烧1～10小时，获得煅后菱镁石；2、将碳酸锂与氧化铝混合配料，然后压制成球团，然后在750～1000℃煅烧1～10小时获得铝酸锂，其中碳酸锂与氧化铝配料时的摩尔比为(0.90～1.10):1；或者将氢氧化锂与氧化铝混合配料，然压后制成球团，然后在750～1000℃煅烧1～10小时获得铝酸锂，其中氢氧化锂与氧化铝配料时的摩尔比为(1.90～2.10):1；3、将煅后菱镁石、铝酸锂和铝粉球磨混合配料，然后压制成球团，再放入带有结晶器的真空还原罐内，在真空度0.01～10Pa和900～1250℃条件下还原2～10小时；还原过程中，氧化镁和氧化锂同时被铝还原成为金属镁和金属锂，金属镁和金属锂在气态情况下完成气态合金化，并在结晶器上结晶；还原结束后，结晶器内形成粗镁锂合金，真空还原罐底部剩余的物料为还原渣；其中铝酸锂与煅后菱镁石配料时的质量比为(0.60～60.0):1；铝粉的配料理论用量根据的反应式为：2Al+4Li2O·Al2O3＝Li2O·5Al2O3+6Li或2Al+4MgO＝MgO·Al2O3+3Mg；铝粉的配料实际用量为反应式理论用量的100～150％；4、将结晶器内的粗镁锂合金取出，然后在覆盖剂覆盖的条件下，加热至400～700℃重新熔化，形成粗合金熔体；再以氩气为载气，将精炼剂吹入粗合金熔体底部，对粗合金熔体进行精炼，形成的精炼渣和合金熔体，精炼渣上浮到合金熔体表面；最后将上层的渣料捞出，剩余的合金熔体浇注制成镁锂合金铸锭；5、将还原渣置于电弧炉中，或者向还原渣中加入氧化铝和/或煅后菱镁石后置于电弧炉中，在电熔温度1800～2700℃条件下进行电弧炉熔炼，电弧炉内氧化镁与氧化铝熔融形成电熔镁铝尖晶石熔体，随炉冷却至常温获得镁铝尖晶石；其中氧化铝和煅后菱镁石的加入量根据镁铝尖晶石的成分控制；电弧熔炼过程中生成的烟气回收，然后返回到步骤2中作为制成球团的原料；6、捞出的渣料主要为精炼渣和覆盖剂的混合物，另外还含有部分氧化镁和氧化锂；将渣料磨细至粒度在0.075～0.5mm，然后压制成球团；将球团放入带有结晶器的真空还原罐中，在真空度0.01～10Pa和900～1200℃条件下真空蒸馏；蒸馏获得的氯化物和氟化物形成结晶，作为精炼剂原料循环使用；蒸馏形成的蒸馏残留物为氧化镁和氧化锂，返回到步骤2中作为制成球团的原料。上述方法中，还原渣分为两部分，一部分返回步骤2，按还原渣中的氧化铝的量与碳酸锂或氢氧化锂混合配料，制备铝酸锂；剩余部分按步骤5的方式制成镁铝尖晶石。上述方法中，电弧熔炼过程中生成的烟气时，金属镁或金属锂从电熔镁铝尖晶石中挥发出来，并被氧化成氧化物进入到烟灰中；还原渣中铝酸锂与氧化镁反应释放游离氧化锂，或铝酸锂直接分解释放游离氧化锂，游离氧化锂在高温下挥发进入烟灰中。上述方法中，全部压制成球团时的制团压力均为50～200MPa。上述方法中，碳酸锂与氧化铝配料制团后煅烧的反应式为：Li2CO3+Al2O3＝Li2O·Al2O3+CO2；氢氧化锂与氧化铝配料制团后煅烧的反应式为：2LiOH+Al2O3＝Li2O·Al2O3+H2O。上述方法中，覆盖剂的成分按质量百分比含LiCl10～80％，LiF10～80％，KCl0～50％，MgCl20～50％，MgF20～30％，全部成分总量为100％；覆盖剂中各成分的的粒度均<1mm。上述方法中，精炼剂的成分按质量百分比含LiCl20～80％，LiF20～80％，KCl0～50％，MgCl20～30％，MgF20～30％，全部成分总量为100％；精炼剂中各成分的的粒度均<1mm，精炼剂的喷吹量为粗合金熔体总质量的2～10％。上述的步骤4中，将上层的渣料捞出后，根据镁锂合金的牌号向合金熔体中加入金属或合金，全部熔化后浇注制成所需牌号的镁锂合金。上述方法中，还原渣的主要成分为MgO、Li2O和Al2O3，主要物相为MgO·Al2O3、Li2O·5Al2O3和Al2O3，另外还含有少量未参与反应的金属铝粉，其中MgO的质量百分比为10～50％、Li2O的质量百分比为0.1～2％，Al2O3的质量百分比为40～90％，Al的质量百分比为1～10％。上述方法中，还原渣为块状，粒度5～30mm。上述方法中，向还原渣中配入的煅后菱镁石的粒度20～100mm。上述方法中，将混合料置于电弧炉中进行电弧炉熔炼时，将混合料分批次加入，电熔后将镁铝尖晶石分批次放出。上述方法中，进行电弧炉熔炼时，残余的金属铝与残余的氧化镁或氧化锂的反应式为：2Al+4MgO＝MgO·Al2O3+3Mg(g)或3(Li2O·5Al2O3)+2Al＝16Al2O3+6Li(g)。上述方法中，进行电弧炉熔炼时，铝酸锂与氧化镁反应释放游离氧化锂的反应式为：Li2O·5Al2O3+5MgO＝5MgO·Al2O3+Li2O(g)。上述方法中，进行电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝热还原生产镁锂合金副产镁铝尖晶石的方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将菱镁石在800～1000℃煅烧1～10小时，获得煅后菱镁石；(2)将碳酸锂与氧化铝混合配料，然后压制成球团，然后在750～1000℃煅烧1～10小时获得铝酸锂，其中碳酸锂与氧化铝配料时的摩尔比为(0.90～1.10):1；或者将氢氧化锂与氧化铝混合配料，然压后制成球团，然后在750～1000℃煅烧1～10小时获得铝酸锂，其中氢氧化锂与氧化铝配料时的摩尔比为(1.90～2.10):1；(3)将煅后菱镁石、铝酸锂和铝粉球磨混合配料，然后压制成球团，再放入带有结晶器的真空还原罐内，在真空度0.01～10Pa和900～1250℃条件下还原2～10小时；还原过程中，氧化镁和氧化锂同时被铝还原成为金属镁和金属锂，金属镁和金属锂在气态情况下完成气态合金化，并在结晶器上结晶；还原结束后，结晶器内形成粗镁锂合金，真空还原罐底部剩余的物料为还原渣；其中铝酸锂与煅后菱镁石配料时的质量比为(0.60～60.0):1；铝粉的配料理论用量根据的反应式为：2Al+4Li2O·Al2O3＝Li2O·5Al2O3+6Li或2Al+4MgO＝MgO·Al2O3+3Mg；铝粉的配料实际用量为反应式理论用量的100～150％；(4)将结晶器内的粗镁锂合金取出，然后在覆盖剂覆盖的条件下，加热至400～700℃重新熔化，形成粗合金熔体；再以氩气为载气，将精炼剂吹入粗合金熔体底部，对粗合金熔体进行精炼，形成的精炼渣和合金熔体，精炼渣上浮到合金熔体表面；最后将上层的渣料捞出，剩余的合金熔体浇注制成镁锂合金铸锭；(5)将还原渣置于电弧炉中，或者向还原渣中加入氧化铝和/或煅后菱镁石后置于电弧炉中，在电熔温度1800～2700℃条件下进行电弧炉熔炼，电弧炉内氧化镁与氧化铝熔融形成电熔镁铝尖晶石熔体，随炉冷却至常温获得镁铝尖晶石；其中氧化铝和煅后菱镁石的加入量根据镁铝尖晶石的成分控制；电弧熔炼过程中生成的烟气回收，然后返回到步骤(2)中作为制成球团的原料；(6)捞出的渣料主要为精炼渣和覆盖剂的混合物，另外还含有部分氧化镁和氧化锂；将渣料磨细至粒度在0.075～0.5mm，然后压制成球团；将球团放入带有结晶器的真空还原罐中，在真空度0.01～10Pa和900～1200℃条件下真空蒸馏；蒸馏获得的氯化物和氟化物形成结晶，作为精炼剂原料循环使用；蒸馏形成的蒸馏残留物为氧化镁和氧化锂，返回到步骤(2)中作为制成球团的原料。...

【技术特征摘要】
1.一种铝热还原生产镁锂合金副产镁铝尖晶石的方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将菱镁石在800～1000℃煅烧1～10小时，获得煅后菱镁石；(2)将碳酸锂与氧化铝混合配料，然后压制成球团，然后在750～1000℃煅烧1～10小时获得铝酸锂，其中碳酸锂与氧化铝配料时的摩尔比为(0.90～1.10):1；或者将氢氧化锂与氧化铝混合配料，然压后制成球团，然后在750～1000℃煅烧1～10小时获得铝酸锂，其中氢氧化锂与氧化铝配料时的摩尔比为(1.90～2.10):1；(3)将煅后菱镁石、铝酸锂和铝粉球磨混合配料，然后压制成球团，再放入带有结晶器的真空还原罐内，在真空度0.01～10Pa和900～1250℃条件下还原2～10小时；还原过程中，氧化镁和氧化锂同时被铝还原成为金属镁和金属锂，金属镁和金属锂在气态情况下完成气态合金化，并在结晶器上结晶；还原结束后，结晶器内形成粗镁锂合金，真空还原罐底部剩余的物料为还原渣；其中铝酸锂与煅后菱镁石配料时的质量比为(0.60～60.0):1；铝粉的配料理论用量根据的反应式为：2Al+4Li2O·Al2O3＝Li2O·5Al2O3+6Li或2Al+4MgO＝MgO·Al2O3+3Mg；铝粉的配料实际用量为反应式理论用量的100～150％；(4)将结晶器内的粗镁锂合金取出，然后在覆盖剂覆盖的条件下，加热至400～700℃重新熔化，形成粗合金熔体；再以氩气为载气，将精炼剂吹入粗合金熔体底部，对粗合金熔体进行精炼，形成的精炼渣和合金熔体，精炼渣上浮到合金熔体表面；最后将上层的渣料捞出，剩余的合金熔体浇注制成镁锂合金铸锭；(5)将还原渣置于电弧炉中，或者向还原渣中加入氧化铝和/或煅后菱镁石后置于电弧炉中，在电熔温度1800～2700℃条件下进行电弧炉熔炼，电弧炉内氧化镁与氧化铝熔融形成电熔镁铝尖晶石熔体，随炉冷却至常温获得镁铝尖晶石；其中氧化铝和煅后菱镁石的加入量根据镁铝尖晶石的成分控制；电弧熔炼过程中生成的烟气回收，然后返回到步骤(2)中作为制成球团的原料；(6)捞出的渣料主要为精炼渣和覆盖剂的混合物，另外还含有部分氧化镁和氧化锂；将渣料磨细至粒度在0.075～0.5mm，然后压制成球团；将球团放入带有结晶器的真空还原罐中，在真空度0.01～10Pa和900～1200℃条件下真空蒸馏；蒸馏获得的氯化物和氟化物形成结晶，作为精炼剂原料循环使用；蒸馏形成的蒸馏残留物为氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤晶，王耀武，
申请(专利权)人：辽宁科技学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21