制备金属镁的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了制备金属镁的方法和系统。其中，制备方法包括：(1)对还原剂或还原剂与助熔剂的混合物进行熔融处理，以便得到还原液；(2)向所述还原液中喷吹锻白或锻白与助熔剂的混合物进行还原处理，以便得到含镁烟气、金属熔体和熔炼渣；(3)对所述含镁烟气进行冷凝处理，以便得到金属镁液和除镁烟气，其中，步骤(1)～(2)是在常压或正压下的封闭环境中进行的。该方法可以在常压或正压下实现金属镁的连续化还原冶炼，并提高热利用率、生产效率、原料利用率和金属回收率，改善现场操作环境。

Method and system of preparing metal magnesium

【技术实现步骤摘要】
制备金属镁的方法和系统
本专利技术属于冶金领域，具体而言，涉及制备金属镁的方法和系统。
技术介绍
目前，国内95％以上金属镁的制取采用真空硅热法还原工艺，即皮江法工艺为主，该工艺是先将白云石煅烧成煅白后，同萤石和75硅铁(Si含量75％以上)混合粉磨，压制成球块状，再装入一端封口的耐高温钢罐中；通过燃烧天然气或煤气对该钢罐进行加热，并将罐内抽真空，使煅白中MgO被硅铁中的Si还原出镁蒸气，再在还原罐开口端冷凝为固态粗镁，粗镁在进行精炼除杂。其中，如果在常压(101.325KPa)下进行金属镁还原，所需反应温度在1550℃以上，而当在13.3Pa压力时，所需反应温度可降至1100℃。因此，真空系统能够降低镁还原温度，但在真空低压力下系统动力消耗大。此外，由于皮江法生产采用封闭式罐式还原工艺，技术自动化水平低，整个生产过程都需人工操作，包括装填原料、开罐取锭、扒渣清罐等工序，现场烟尘、高温、噪音、烟气等污染物众多，严重影响现场人身健康与安全，具有冶炼不连续化、生产周期长、热利用效率低、现场环境污染重、自动化程度低、耐热钢罐消耗大、成本高、反应速度慢等缺点。为改进皮江法间歇式生产工艺，法国提出了半连续法玛格尼工艺(Magnetherm)，该方法使用铝土矿和白云石作原料，采用中心电极加热方式，反应温度1300～1700℃，真空度0.266～13.332kPa，原料加入炉内熔化后，抽真空还原出金属镁蒸气，冷凝液化成液态镁，经过10h的连续加料后，电炉内炉渣深度可达2.4m；此时，切断真空，注入惰性气体，减少变压器输入功率，维持必要的炉温；然后排出残余的贫铁(Si质量分数为18％)和贫镁炉渣(MgO质量分数6％)；随后开始第二个生产周期；当第二个生产周期结束之后，将镁冷凝管移走，代之以一只空罐。该方法采用交流电极加热，由于电炉系统体积庞大，系统真空度不足，加之直接向炉内装入白云石原料，而白云石中碳酸盐会发生高温吸热分解反应，因此电炉炼镁时温度很高，镁冶炼整个生产周期在16-24h，一天可产金属镁3-8t，吨镁原材料消耗7t，生产效率相对较低。此外，还有在真空下采用碳热还原法对氧化镁进行还原，但该方法存在碳还原反应不稳定、镁蒸气易被CO2氧化、气体不易分离等技术缺点；或采用双真空罐式冶炼方法，在8～5000Pa的真空度下一套真空罐对硅铁进行冶炼，另一套对镁进行冶炼，两套依次轮流进行，实现金属镁的连续化产出，但该方法同样需在真空条件下进行，具有真空系统复杂，运行能耗高，且真空还原罐价格昂贵，服役期短，使用量大等缺点。由此，镁的冶炼工艺仍有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术主要是基于现有炼镁工艺中的下述技术弊端提出的：1、生产现场绝大部分工序依靠人工操作，劳动强度大，安全隐患多；2、镁冶炼为间歇式生产，还原周期长，生产效率低；3、生产过程全开放，现场粉尘和废气多，噪音大，环境污染严重；4、真空还原罐价格昂贵，服役期短，使用量大；5、还原冶炼采用外加热方式，热利用效率低；6、镁还原反应为固-固反应，反应速率慢，原料利用率低；7、还原冶炼需在真空条件下进行，真空系统复杂，运行能耗高；8、还原出的镁蒸气在罐口冷凝为固态，杂质多，需再加热熔化和净化，能耗高。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出制备金属镁的方法和系统。该方法可以在常压或正压下实现金属镁的连续化还原冶炼，并提高热利用率、生产效率、原料利用率和金属回收率，改善现场操作环境。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种制备金属镁的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)对还原剂或还原剂与助熔剂的混合物进行熔融处理，以便得到还原液；(2)向所述还原液中喷吹锻白或锻白与助熔剂的混合物进行还原处理，以便得到含镁烟气、金属熔体和熔炼渣；(3)对所述含镁烟气进行冷凝处理，以便得到金属镁液和除镁烟气，其中，步骤(1)～(2)是在常压或正压下的封闭环境中进行的。本专利技术上述实施例的制备金属镁的方法至少具有以下优点：1、与现有真空还原制镁工艺相比，该方法在常压或正压下进行，无需真空运行，真空系统负担小，能源动力消耗少；2、冶炼过程在封闭环境中进行，对环境污染小且噪音低，显著改善了现场操作环境；3、熔融处理和还原处理可以在一个反应炉中进行，无需进行熔体转移，不仅缩短了工艺流程，还大大降低了热损失，热利用效率得到显著提高；4、可以连续加料和排料，实现金属镁的连续化生产，原料利用率、生产效率和金属回收率高；5、可以简化生产系统并显著降低生产成本。另外，根据本专利技术上述实施例的制备金属镁的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，制备金属镁的方法进一步包括：(4)对所述除镁烟气进行除尘和干燥处理后回用于步骤(2)中作为喷吹载体。在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)～(2)是在0.1～0.3MPa的惰性气氛下进行的。在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述熔融处理的温度为1300～1500℃，在本专利技术的一些实施例中，所述还原剂为选自硅铁合金、硅钙合金、硅锰合金、金属铝和金属钙中的至少一种，所述助熔剂为选自萤石、氟化钾和氟化钠中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述还原剂的粒径为5～50mm，所述助熔剂的粒径为0.1～30mm。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述还原处理的温度为1300～1500℃，在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)进一步包括：向所述还原液中补加还原剂和/或助熔剂。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述喷吹的方式包括底吹、侧吹和顶吹中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，以惰性气体为喷吹载体向所述还原液中喷吹锻白或锻白与助熔剂的混合物，所述喷吹的气固质量比为1：(10～100)。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述锻白是将白云石在800～850℃下煅烧1.5～3h得到的。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述锻白的粒径不大于1mm，优选粒径不大于75μm的部分不低于90wt％；所述助熔剂的粒径不大于1mm，优选粒径不大于75μm的部分不低于90wt％。在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)～(2)是在置于密闭室内的感应电炉中进行的，所述密闭室内的压力大于所述感应电炉内的压力。在本专利技术的一些实施例中，所述感应电炉内的压力为0.1～0.2MPa，所述密闭室内的压力为0.15～0.3MPa，在本专利技术的一些实施例中，所述感应电炉的内衬为石墨耐火材料，次外层为镁质耐火材料，最外层为金属壳，在本专利技术的一些实施例中，所述还原液和/或金属熔体的含量不低于所述感应电炉炉膛体积的10～20％，在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述还原液的初始含量为所述感应电炉炉膛体积的20～35％，在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述金属熔体的含量不高于所述感应电炉炉膛深度的50％，在本专利技术的一些实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备金属镁的方法，其特征在于，包括：/n(1)对还原剂或还原剂与助熔剂的混合物进行熔融处理，以便得到还原液；/n(2)向所述还原液中喷吹锻白或锻白与助熔剂的混合物进行还原处理，以便得到含镁烟气、金属熔体和熔炼渣；/n(3)对所述含镁烟气进行冷凝处理，以便得到金属镁液和除镁烟气，/n其中，步骤(1)～(2)是在常压或正压下的封闭环境中进行的。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备金属镁的方法，其特征在于，包括：
(1)对还原剂或还原剂与助熔剂的混合物进行熔融处理，以便得到还原液；
(2)向所述还原液中喷吹锻白或锻白与助熔剂的混合物进行还原处理，以便得到含镁烟气、金属熔体和熔炼渣；
(3)对所述含镁烟气进行冷凝处理，以便得到金属镁液和除镁烟气，
其中，步骤(1)～(2)是在常压或正压下的封闭环境中进行的。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(4)对所述除镁烟气进行除尘和干燥处理后回用于步骤(2)中作为喷吹载体。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)～(2)是在0.1～0.3MPa的惰性气氛下进行的，
任选地，步骤(1)中，所述熔融处理的温度为1300～1500℃，
任选地，所述还原剂为选自硅铁合金、硅钙合金、硅锰合金、金属铝和金属钙中的至少一种，所述助熔剂为选自萤石、氟化钾和氟化钠中的至少一种，
任选地，所述还原剂的粒径为5～50mm，所述助熔剂的粒径为0.1～30mm。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述还原处理的温度为1300～1500℃，
任选地，步骤(2)进一步包括：向所述还原液中补加还原剂和/或助熔剂，
任选地，步骤(2)中，所述喷吹的方式包括底吹、侧吹和顶吹中的至少一种，
任选地，步骤(2)中，以惰性气体为喷吹载体向所述还原液中喷吹锻白或锻白与助熔剂的混合物，所述喷吹的气固质量比为1：(10～100)，
任选地，步骤(2)中，所述锻白是将白云石在800～850℃下煅烧1.5～3h得到的，
任选地，步骤(2)中，所述锻白的粒径不大于1mm，优选粒径不大于75μm的部分不低于90wt％；所述助熔剂的粒径不大于1mm，优选粒径不大于75μm的部分不低于90wt％。


5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤(1)～(2)是在置于密闭室内的感应电炉中进行的，所述密闭室内的压力大于所述感应电炉内的压力，
任选地，所述感应电炉内的压力为0.1～0.2MPa，所述密闭室内的压力为0.15～0.3MPa，
任选地，所述感应电炉的内衬为石墨耐火材料，次外层为镁质耐火材料，最外层为金属壳，
任选地，所述还原液和/或金属熔体的含量不低于所述感应电炉炉膛体积的10～20％，
任选地，步骤(1)中，所述还原液的初始含量为所述感应电炉炉膛体积的20～35％，
任选地，步骤(2)中，所述金属熔体的含量不高于所述感应电炉炉膛深度的50％，
任选地，在进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东波，梁文玉，黎敏，朱立江，姚心，张富信，代文彬，黄超，吕东，刘诚，郭天宇，曹珂菲，辛鹏飞，徐小锋，吴卫国，王书晓，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，北京中冶设备研究设计总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11