利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法，利用碳热还原法，从含硅镁矿物或尾矿的SiO2还原成硅，再用其还原氧化镁成金属镁，属于化工、农业、冶金，金属材料、固体废弃物以及环境领域。本发明专利技术用酸错流浸取含硅镁矿物或尾矿，过滤分离后的液体通过萃取或沉淀获得氢氧化铁，煅烧成氧化铁。去除铁后的含镁浸出液结晶处理得到获得镁结晶物；镁结晶物与氨水反应获得Mg(OH)2和(NH4)2SO4，再把Mg(OH)2煅烧制备MgO；过滤分离后的固体残留物SiO2(或SiO2和氧化铁)与碳还原制备成熔融硅铁；将上述的熔融硅铁产物与MgO以及添加剂或助溶剂在真空条件下反应获得Mg蒸汽，通过冷凝获得金属镁产品，成本低，就有显著的产业价值。就有显著的产业价值。就有显著的产业价值。

【技术实现步骤摘要】
利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法


[0001]本专利技术涉及用碳热还原法从含硅镁矿物或尾矿中的SiO2还原成硅再用其还原氧化镁成金属镁的方法，属于化工、农业、冶金，金属材料、固体废弃物以及环境领域。

技术介绍

[0002]20世纪后半叶，世界镁生产主要采用熔盐电解法。2000年，世界80％以上的镁是电解法生产的，其次是半连续法，皮江法居第三。熔盐电解法是生产金属镁的重要方法，主要用MgCl2‑
NaCI
‑
KCl
‑
CaCl2‑
CaF2或MgCl2‑
NaCI
‑
KCl
‑
CaF2熔盐体系在680
‑
750℃下电解氯化镁，阳极生成氯气，液镁在阴极析出，一般阳极材料用石墨，阴极用钢；氯化物熔盐电解炼镁时，电解质中杂质的存在将导致电解质中物理化学性质和电极电化学过程的变化，从而破坏了电解质、镁、氯气的正常循环，使电解的电流效率大大降低。
[0003]水氯镁石脱水是一个强吸热的复杂化工过程，能耗高，它与几乎不消耗能量的菱镁矿氯化生产氯化镁的方法相比没有优势。且水氯镁石脱水制得的氯化镁总是含有少量的水，导致电解槽产生对环境有害的废渣多，电流效率低，有害气体HCl多，石墨阳极消耗高。目前世界用卤水炼镁的厂并不多，由于能源涨价，生产成本升高，有的厂已经关闭。新建电解镁厂大都是以菱镁矿石氯化制成的无水氯化镁为原料。国外氯化镁熔盐电解槽的设计和工艺技术进步很大，加拿大铝业公司的 Ex2电解槽技术最有代表性。电流强度为650kA，单槽日产量为6.18t，电流效率87％，直流电耗10000kWh/t
·
Mg，交流电耗11000kWh/t
·
Mg左右。另外，在以无水氯化镁或无水钾光卤石为原料的电解镁生产过程中，每获得1t电解粗镁，就要同时产出2.85t的氯气。众所周知，在镁电解厂及镁钛联合企业，收集并处理好副产品氯气，形成良好的镁氯循环，是改善周围大气环境、提高电解生产的经济效益、保证镁电解连续进行的重要保证。
[0004]1941年加拿大科学家皮江(L.M.Pidgeon)教授专利技术硅热还原炼镁工艺，称为皮江法。该工艺将煅烧后的白云石和硅铁按一定比例配比磨成细粉，压成团块(煅烧后的白云石容易吸水，因此，将其压块减缓吸水)，装在由耐热合金制成的蒸馏罐内，在150～1200℃及1～13Pa 的条件下还原得到镁蒸气，然后冷凝结晶成粗镁，粗镁再精炼得到镁锭。其还原反应为:
[0005]2(CaO
·
MgO)
固
+Si(Fe)
固
＝2Mg
气
+2CaO
·
SiO
2固
+Fe(Si)
固
(1)
[0006]皮江法工艺简单，投资少，产品质量高，但不能连续生产，成本比电解法高。
[0007]金属还原法的还原剂价格较高，用廉价的碳质材料还原制取金属镁一直受到人们的重视，因此寻求一种新的炼镁工艺具有十分重要的意义。碳热还原法是皮江法之外的另一可供选择的热法还原炼镁技术。碳热还原法是以碳质材料作为还原剂，在高温条件下从氧化镁或者其他煅烧镁矿(菱镁矿、白云石、蛇纹石、海泡石、滑石、镁橄榄石、水氯镁石、光卤石和水镁石矿等)中还原获得镁蒸汽，并冷凝后得到固态金属镁。碳热还原反应可以用式(2)表示：
[0008]MgO(s)+C(s)＝Mg(g)+CO(g)(2)
[0009]但是，该方法在高温下反应生成的气态产物会部分发生可逆反应。国外很多学者分别在常压和真空两种条件下对碳热还原法制取金属镁进行了一系列的大中小型研究，不过由于技术上的一些难题，至今仍没有实现工业化生产。现阶段，国内外对于真空碳热法制取金属镁的冷凝实验研究仍然局限于实验室小型化实验，同时国外学者对金属镁蒸气冷凝提出的方案，对设备要求较高、投资大，工艺流程复杂，不易于工业化推广。
[0010]在国外对碳热还原法炼镁的研究中，澳大利亚所做的工作最为突出和细致。在利用拉法尔喷嘴进行超音速冷凝实验的同时，他们利用模拟确定了喷嘴温度、喷气压强对控制镁蒸气液相形核的工艺条件，评估了超音速快速在不同操作工艺、不同喷嘴形状下对颗粒尺寸的影响(粉状镁)，优化喷嘴外部形貌后解决了喷嘴堵塞问题。但由于其高温高压的工艺条件对工业生产要求极高，因此至今都未得到工业应用。
[0011]昆明理工大学真空冶金国家工程实验室对白云石的真空热分解及氧化镁的真空碳热还原进行了小型研究，由于还原温度难于控制，而且还原室和冷凝室之间距离太远，冷凝温度过低，因此得到的结晶镁均为粉状，容易发生爆炸成为不安全因素。
[0012]对于碳还原反应炼镁工艺，其关键技术在镁蒸气冷凝。当镁蒸气冷凝过快(例如，超音速冷却，避免逆反方程(2)的发生，但是产生粉状的镁，容易发生爆炸。当镁蒸气冷凝变缓和，产生结晶镁，同时产生逆反方程(2)，得到MgO杂质。因此，解决碳热还原过程中镁蒸气的冷凝问题，其是在防止“可逆反应”的发生(见逆反方程(2))。
[0013]我国有储量巨大的含硅镁矿物，如蛇纹石矿，菱镁矿、白云石、海泡石、滑石、镁橄榄石、水氯镁石和光卤石矿等。蛇纹石矿的化学通式可表示为Mg6Si4O
10
(OH)8的1:1型层状构造硅酸盐矿物。蛇纹石属于弱碱性矿物，其中SiO2含量大于30％。菱镁矿是碳酸盐矿物，组成主要是MgCO3，其中MgO含量可达47％，SiO2含量可达8％。白云石也是碳酸盐矿物，其化学成分为CaMg(CO3)2。MgO含量达21％以上。海泡石是一种纤维状含水富镁硅酸盐天然矿物，化学式可表示为Mg8(OH2)4[Si6O
15
]2(OH)4·
8H2O，其中SiO2含量达54
‑
60％，MgO含量可达20％。滑石是一种常见的层状结构硅酸盐矿物，化学式为Mg6Si8O
20
(OH)4，滑石一般呈块状、叶片状、纤维状或放射状，MgO含量达31％，SiO2含量可达63％。镁橄榄石是以氧化镁和二氧化硅为主的矿物，理论化学式为2MgO
·
SiO2。其中MgO含量可达57％，SiO2含量可达42％。水氯镁石含镁 11.96％，主要成分为MgCl2·
6H2O。光卤石矿是卤化物矿物，主要成分为KCl
·
MgCl2·
6H2O，含镁8.7％。
[0014]以蛇纹石矿为例，由于一直没有良好的资源开发技术，蛇纹石矿尾矿的综合利用一直是亟待解决的问题。同时，由于蛇纹石矿具有叶片状或磷片状晶体，分化层较大，我国均为露天开采，在开采过程中产生大量碎矿石，粒度<2～3cm，一般称为蛇纹石粉矿或尾矿，约占开采量的1/3～1/2，常被当作废料抛弃，既浪费矿产资源又积占开采面和农田。

技术实现思路

[0015][0016]为了解决现有技术问题，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法，其特征在于，其步骤包括：含硅镁矿物或尾矿预处理成矿物粉体，酸浸取矿物粉体，通过过滤固液分离得到SiO2固体残留物和含镁浸取液，再将含镁浸取液进行浓缩处理，获得镁盐结晶产物，然后将镁盐结晶产物与碱反应获得氢氧化镁，再氢氧化镁通过煅烧转化生成MgO粉体；所述含镁浸取液通过沉淀或萃取工艺，将所述含镁浸取液中的铁分离，获得氢氧化铁沉淀，通过煅烧转化生成氧化铁，并球磨成氧化铁粉体；所述过滤分离后SiO2固体残留物烘干，并球磨成SiO2粉体；在添加所述氧化铁粉体条件下，把所述SiO2粉体与碳粉体放入真空还原炉中，进行高温还原反应生成熔融硅铁产物；在原位条件下，把所述MgO粉体喷入所述熔融硅铁内，还原生成Mg蒸汽，通过冷凝，获得金属镁产品。2.根据权利要求1所述利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法，其特征在于：所述含镁浸取液包含铁离子、镍离子和铝离子中至少一种金属离子。3.根据权利要求1所述利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法，其特征在于：含镁浸取液进行浓缩工艺采用错流浸取或蒸发处理。4.根据权利要求1所述利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法，其特征在于：所述碱包括氨水、氢氧化物和碳酸盐中的至少一种。5.根据权利要求1所述利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法，其特征在于：所述氧化铁包括从废铁氧化处理、废铁酸解沉淀煅烧处理或直接用工业纯氧化铁获得的氧化铁。6.根据权利要求1所述利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法，其特征在于：所述含硅镁矿物包括蛇纹石矿、菱镁矿、白云石、海泡石、滑石、镁橄榄石、水氯镁石和光卤石矿中的至少一种矿物及其尾矿。7.根据权利要求1所述利用含硅镁矿物中的MgO/SiO2通过碳原位高温还原反应提取金属镁的方法，其特征在于：所述酸为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸和碳酸中的任意一种无机酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱萍，夏斌，刘强，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：