【技术实现步骤摘要】
本专利涉及有色冶金行业的金属镁冶炼领域，尤其涉及一种相对真空连续炼镁联产尖晶石的方法与装置。
技术介绍
1、镁是一种银白色、轻质且有延展性的金属。在空气中，镁的表层会生成一层很薄的氧化膜，使空气很难与它反应并失去光泽。镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，镁蕴藏量丰富，在宇宙中含量第八，在地壳中含量丰度2％。含镁矿物主要来自白云岩、菱镁矿、水镁矿和橄榄石等。海水、天然盐湖水也是含镁丰富的资源。中国是世界上镁资源最为丰富的国家，镁资源矿石类型全，分布广，储量产量均居世界第一。镁合金具有比强度、比刚度高，导热导电性能好，很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低和易于回收等优点，因而广泛用于航空航天、导弹、汽车、建筑等行业。
2、目前国内金属镁冶炼大多采用皮江法工艺，皮江法是指在还原罐内加料，罐外加热的还原炉中，用硅铁还原剂将煅烧白云石还原成金属镁的热还原法炼镁的方法。这种方法具有生产周期较长、能耗较高和碳排放量大的弊端。波尔扎诺法是皮江法炼镁的改进方法之一，以菱镁矿为原料，焦炭或石油焦为还原剂，制团后在竖式电内热还原炉加热至1250℃还原生产金属镁。这种方法需要在炉外进行出镁、排渣和装料，为间歇式生产，具有人工强度大，无法实现连续生产的问题。
3、近些年，我国相关从业者对高效炼镁设备进行了大量的研究。申请号为200710035929.8的专利提出了“一种感应加热连续炼镁系统及其连续炼镁工艺”。该连续炼镁工艺包括反应炉料向反应室的连续推入、镁蒸汽的连续冷凝以及液态镁的出炉等工序，同时包括反应炉渣
4、综上，目前现有金属镁冶炼方法与装备均不具备连续快速生产的条件，并且单台设备生产能力较低，加热效率较慢。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术以低品位菱镁矿为原料，铝(铝粉、铝屑、铝沫等)作为还原剂，萤石作为助熔剂，实现微正压高温条件下金属镁的连续生产与还原尾料直接制备铝镁尖晶石，提高生产效率，降低镁的生产成本并减少对环境的污染，实现金属镁与尖晶石的连续冶炼与制备。
2、本专利技术提出的一种相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，包括炉体主体、进料区、煅烧区、还原区、冷凝区和出料区；
3、所述炉体主体包括：密闭高温炉炉体(1)、皮带输送机滚轮与输送履带(5)、耐高温托盘(6)、惰性气体管道(7)、惰性气体喷出口(8)；所述密闭高温炉炉体内横向设置皮带输送机滚轮与输送履带(5)，所述皮带输送机滚轮与输送履带(5)两侧分别有驱动轮和从动轮，驱动轮带动履带并连同从动轮同向等速运动，从而带动履带上部的耐高温托盘(6)转动，物料在履带的带动下依次经过煅烧区和还原区；惰性气体管道(7)位于履带驱动轮同一水平高度,惰性气体管道(7)顶部有惰性气体喷出口(8)。
4、所述进料区包括加料口(2)、进料口关风器(3)和布料器(4)；所述加料口设置在密闭高温炉炉体的一侧，加料口(2)上设置进料口关风器(3)，所述加料口采用耐高温关风器确保物料的进出同时保证装置的气密性；所述加料口(2)下方设置向下开口的锥型的布料器(4)；
5、所述煅烧区包括煅烧区加热枪(9)，co2气体烟道口(10)，煅烧区加热枪安装在密闭高温炉炉体内顶部，所述co2气体烟道口(10)设置在煅烧区和还原区之间；
6、所述还原区包括还原区加热枪(12)，镁蒸气与惰性气体出口(13)，还原区加热枪安装在密闭高温炉炉体内顶部，镁蒸气与惰性气体出口(13)设置在还原区和冷却区之间；
7、所述冷凝区包括冷凝器(15)，液态镁出口(16)，电磁泵(17)，惰性气体出口(18)，惰性气体引风机(19)；所述冷凝器(15)与镁蒸气与惰性气体出口(13)通过气体管道(14)连通，所述冷凝器左下方设置电磁泵(17)；所述冷凝器(15)右上方设置的惰性气体出口上有惰性气体引风机(19)，所述惰性气体出口(18)与皮带输送机滚轮与输送履带(5)连接；
8、所述出料区包括还原固相产物出口(20)，出口关风器(21)，负压调质炉(22)，尖晶石产品出口(23)，所述还原固相产物出口(20)为开口向上的锥型且设置在密闭高温炉炉体(1)的右下方，还原固相产物出口(20)上设置出口关风器(21)，所述还原固相产物出口(20)下方设置负压调质炉(22)，所述负压调质炉(22)右下方设置尖晶石产品出口(23)。
9、所述皮带输送机滚轮与输送履带长度为5～72m，宽度为1～10m，履带运输速度为1～10mm/s。
10、所述耐高温托盘用于承接粉料或粉体层，可承接的物料厚度为15～40mm；所述耐高温托盘的材质为高温陶瓷、耐高温钢或高温合金；所述耐高温托盘底部具有微米级透气空隙，用于流通惰性气体。
11、所述煅烧区加热枪(9)和还原区加热枪(12)为一定数量和排布分布的等离子枪或电子束枪或微波发生器或激光加热器，所述煅烧区加热枪(9)和还原区加热枪(12)一排由2～20支加热枪组成，相近的两排加热枪之间距离≤0.5m，加热枪能量密度确保物料升温速率50～500k/min。
12、所述煅烧区和还原区之间设有区域挡板(11)，所述区域挡板在co2气体烟道口(10)与还原区加热枪(12)之间；区域挡板可以阻拦两区域间气体交换，防止不同气体间的扩散。
13、本专利技术通入的气体为惰性气体，不局限于氩气；惰性气体通过惰性气体管道从惰性气体喷出口逸出后向上流动，流经耐高温托盘底部微米尺度孔隙，惰性气体的流量控制在使粉料实际产生的mg蒸气分压远小于同等温度下mg蒸气的平衡分压，其差值即为相对真空度，相对真空度≥5.0kpa；经过加热还原生成的镁蒸气在惰性气体携带下从气体管道(14)进入冷凝器(15)内部后冷凝成为液态金属镁，经冷凝后惰性气体在惰性气体引风机(19)的驱动下再次进入炉体循环利用。
14、本专利技术提出的一种相对真空连续炼镁联产尖晶石的方法，具体为：
15、以低品位菱镁矿为原料，铝作为还原剂，萤石作为助熔剂，混合后得到混合原料；将所述混合原料不经压球直接采用皮带计量输送到进料口关风器(3)后进入到布料器(4)，下落后在履带上部耐高温托盘(6)内形成粉体层；粉体层在皮带输送机滚轮与输送履带(5)的带动下向前行进分别经过煅烧区和还原区后，形成的固相产物；煅烧产生的co2气体经co2气体烟道口(10)微负压抽出；在还原区通入一定流量的惰性气体保持还原区内相对真空度≥5.0kpa，将粉体层表面生成的镁蒸气带出，进入冷凝区并在冷凝器内冷凝成液态镁，冷凝器内部液态镁顶部覆盖一层保护渣，液态镁利用电磁泵连续抽出，经冷凝后惰性气体在惰性气体引本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，包括炉体主体、进料区、煅烧区、还原区、冷凝区和出料区；
2.根据权利要求1所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，所述进料区包括加料口(2)、进料口关风器(3)和布料器(4)；所述加料口设置在密闭高温炉炉体的一侧，加料口(2)上设置进料口关风器(3)，所述加料口采用耐高温关风器确保物料的进出同时保证装置的气密性；所述加料口(2)下方设置向下开口的锥型的布料器(4)；
3.根据权利要求1或2所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，所述皮带输送机滚轮与输送履带长度为5～72m，宽度为1～10m，履带运输速度为1～10mm/s。
4.根据权利要求1或2所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，所述耐高温托盘用于承接粉料或粉体层，可承接的物料厚度为15～40mm；所述耐高温托盘的材质为高温陶瓷、耐高温钢或高温合金；所述耐高温托盘底部具有微米级透气空隙，用于流通惰性气体。
5.根据权利要求2所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，所述煅烧区加热
6.根据权利要求1或2所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，所述煅烧区和还原区之间设有区域挡板(11)，所述区域挡板在CO2气体烟道口(10)与还原区加热枪(12)之间；区域挡板可以阻拦两区域间气体交换，防止不同气体间的扩散。
7.一种相对真空连续炼镁联产尖晶石的方法，采用权1-5任一项所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，具体步骤为：
8.根据权利要求7所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的方法，其特征在于，所述混合原料以镁铝尖晶石成分比例调整原料配比，Al还原剂过量5％～10％，萤石加入量为菱镁矿加入量的2％～5％。
9.根据权利要求7所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的方法，其特征在于，在煅烧区，温度控制在1000～1200℃并控制履带运动速度使其停留时间保持在30～60min完成物料内部的碳酸盐的分解；在还原区，温度控制在1250～1800℃并控制履带运动速度使其停留时间保持在5～30min完成物料内部的镁的还原。
10.根据权利要求7所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的方法，其特征在于，在负压调质炉内，还原固相产物在1150℃～1300℃温度下保温1～4h，生成镁铝尖晶石产品，Al2O3含量45％～90％，MgO含量10％～50％。
...【技术特征摘要】
1.一种相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，包括炉体主体、进料区、煅烧区、还原区、冷凝区和出料区；
2.根据权利要求1所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，所述进料区包括加料口(2)、进料口关风器(3)和布料器(4)；所述加料口设置在密闭高温炉炉体的一侧，加料口(2)上设置进料口关风器(3)，所述加料口采用耐高温关风器确保物料的进出同时保证装置的气密性；所述加料口(2)下方设置向下开口的锥型的布料器(4)；
3.根据权利要求1或2所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，所述皮带输送机滚轮与输送履带长度为5～72m，宽度为1～10m，履带运输速度为1～10mm/s。
4.根据权利要求1或2所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，所述耐高温托盘用于承接粉料或粉体层，可承接的物料厚度为15～40mm；所述耐高温托盘的材质为高温陶瓷、耐高温钢或高温合金；所述耐高温托盘底部具有微米级透气空隙，用于流通惰性气体。
5.根据权利要求2所述的相对真空连续炼镁联产尖晶石的装置，其特征在于，所述煅烧区加热枪(9)和还原区加热枪(12)为一定数量和排布分布的等离子枪或电子束枪或微波发生器或激光加热器，所述煅烧区加热枪(9)和还原区加热枪(12)一排由2～20支加热枪组成，相近的两排加热枪之间距离≤0.5m...
【专利技术属性】
技术研发人员：张廷安，李小龙，豆志河，张子木，梁媛媛，吕国志，刘燕，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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