【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属镁冶炼领域，具体涉及一种硅热法炼镁方法及出渣方法。
技术介绍
1、金属镁作为21世纪绿色金属材料，在交通运输、电子通讯、冶金材料、电池领域等具有重要应用和巨大经济价值。镁的生产工业化已经100余年，因此，工业特点之一是生产工艺的多样性。目前的金属镁生产技术主要可分为两大类：氯化镁熔盐电解法与热还原法。硅热法炼镁由于其工艺简单、操作方便等优点广泛应用于炼镁工业，其中皮江法炼镁工艺是我国炼镁行业的主要工艺。
2、皮江法生产金属镁是由加拿大科学家皮江（l.m.pidgeon）教授在上世纪40年代专利技术的，该工艺是采用硅铁作为还原剂、煅烧白云石为原料的炼镁方法。近十年来镁合金在航空航天、交通运输、电子及通讯等领域应用不断增长。
3、目前现有技术中关于炼镁还原渣的研究多数是针对还原渣的应用研究，如cn111101002a公开了一种皮江法炼镁联产水泥的生产工艺，cn108342585a公开了一种炼镁还原渣的综合利用方法，cn112742851a公开了一种皮江法炼镁还原渣的处理装置及其处理工艺；针对皮江法炼镁工艺出渣问题的研究相对较少。虽然皮江法炼镁工艺简单，规模灵活，但是炼镁后还原罐中的废渣清理多用人工出渣，工人直接从还原罐中进行扒渣，扒渣时工作环境温度高，人工耗时长，使得冶炼周期比较长；为解决此问题，工业上虽然出现了竖罐炼镁，镁渣靠自身重力出渣，不需人工操作，但是在炼镁过程中形成的还原渣球团容易粘壁，若还原渣球团粘壁将导致出渣不顺畅，仍需人工操作去除，也影响生产效率；横罐中也存在还原渣粘结罐壁的
技术实现思路
1、有鉴于此，针对目前炼镁过程中除渣费时费力、成本高等问题，通过解决还原渣粘壁的现象，本专利技术提出一种硅热法炼镁方法及出渣方法，以提高生产效率和缩短冶炼周期。
2、在镁冶炼渣中主要的物相为硅酸二钙：ca2sio4，而硅酸二钙存在多种晶型，随着温度变化不同晶型的硅酸二钙之间可以发生相转变，前人将β到γ和β到α'l的转变归结为不可逆的重建性相变，并伴随着明显的体积变化，其中β转变为γ约产生13%的体积增加，这是高温镁渣在降温时发生粉化的原因。而目前镁渣中主要存在物相为β型硅酸二钙和γ型硅酸二钙，β型硅酸二钙的存在使得还原渣以团块状存在并且粘壁，造成出渣困难。因此，本专利技术主要是基于减少或消除β型硅酸二钙的存在技术，以解决各种还原罐中的还原渣粘壁的问题，使得还原渣自动从还原罐的内壁上脱落，从根本上解决出渣不畅，甚至出渣难的问题；从而提高了出渣效率，缩短了出渣时间，进而提高了生产效率，缩短冶炼周期。
3、研究表明γ-ca2sio4成核时，若晶界上吸附大量稳定，晶核晶界运动受阻，则晶核难以长大。大量的mgo可吸附在γ-ca2sio4晶界上阻止其成核长大，当温度达到晶型转变温度时，β-ca2sio4稳定存在而不发生晶型转变。因此，在硅热法炼镁过程中，通过控制氧化镁与氧化钙的比例，调控还原渣中硅酸二钙的晶型转变，从而控制还原渣的粉化状态，便于还原渣自动从还原罐内壁上脱落，提高出渣效率和缩短出渣时间，利于生产效率的提高和缩短冶炼周期。
4、本申请实验结果表明：当氧化镁与氧化钙的比例小于1:1时，炼镁球团在1050℃～1250℃下还原结束后，还原渣温度降至晶型转化温度以下，硅酸二钙的晶型发生转变，其中的硅酸二钙均转变为γ型硅酸二钙，大部分还原渣粉化，可实现还原渣从还原罐上基本上完全脱落，避免还原渣粘罐，解决生产效率低和冶炼周期长等问题。
5、基于上述，本专利技术的具体技术方案如下：
6、一种硅热法炼镁方法，包括步骤：硅热法炼镁工艺的配料过程中，控制所有原料中的氧化镁总量与氧化钙总量的摩尔比例小于1:1。
7、硅热法炼镁工艺的配料过程中用原料优选包括含镁原料、硅铁、矿化剂和粘结剂，其中，所述含镁原料包括氧化镁和氧化钙。
8、所述含镁原料可以为白云石煅白，也可以是含钙矿物质与含镁矿物质的混合物煅烧后的氧化物，且所述含钙矿物质为碳酸钙、方解石或其任意组合，所述含镁矿物质为菱镁矿、碳酸镁或其任意组合。如此，含镁原料不仅可以来源于高品位的矿物质，还可以来源于低品位的矿物质，实现了低品位矿产资源综合利用。
9、所述矿化剂优选为氟化钙、氟化钠和氟化钾中的一种或其任意组合。
10、所述粘结剂优选为有机型粘结剂，如，聚乙烯醇，纤维素与水两者的混合物，或者聚乙烯醇、纤维素和水三者的混合物等。
11、具体地，首先确定所述含镁原料中的氧化镁与氧化钙的摩尔比，若其中的氧化镁的摩尔含量高于氧化钙摩尔含量，则通过额外添加氧化钙调节所有原料中氧化镁总量与氧化钙总量摩尔比例小于1:1。
12、对于炼镁反应的话，理论上氧化镁和氧化钙的比例为1:1时反应效果是最好的，如反应式2 mgo + 2 cao + si（fe） = ca2sio4+ 2 mg（g） + fe(si)所示，但是本专利技术为了促进渣粉化，降低了原料中的氧化镁的含量；为了尽可能的兼顾两者矛盾，保证金属镁的产率较高，氧化镁的还原率在90%以上，氧化镁的摩尔数尽可能的与氧化钙的接近，所以优选地控制所有原料中氧化镁总量与氧化钙总量的摩尔比为(0.95～0.99) : 1，如0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1等。若配料过程中，总原料的氧化镁的含量太低则单次产镁量会降低，增加了冶炼成本。
13、基于上述，该炼镁方法还包括制备炼镁球团：先将所述含镁原料、硅铁、矿化剂和粘结剂均匀混合，并压制成球；再干燥处理，制得炼镁球团，且其中的含镁原料与硅铁质量比6 : (0.8～1.2)，所述含镁原料中的氧化镁与氧化钙摩尔比小于1:1。具体地，该制备炼镁球团的步骤包括：先将所有原料均匀混合，形成球团前驱体；然后在100～500 mpa的制团压力下对所述球团前驱体进行压球处理，形成直径为10～25 mm的炼镁球团半成品，所述炼镁球团半成品经过8～12 h自然风干，制得炼镁球团。
14、为了进一步保证还原渣的粉化率和金属镁的产量，对制备炼镁球团工艺中的参数进行优化，所述矿化剂的添加量优选为所述含镁原料与硅铁总质量的3%～10%，如3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%等；所述粘结剂的添加量为所述含镁原料与硅铁总质量的3%～5%，如3%、3.5%、4%、4.5%、5%等。
15、基于上述，该炼镁方法还包括高温还原炼镁：将所述炼镁球团置于还原罐中，于1050℃～1250℃的温度下进行还原处理，还原阶段结束后，出镁。具体地，该高温还原炼镁的步骤包括：先将所述炼镁球团置于所述还原罐中，再将所述还原罐置于还原炉中，在1050℃～1250℃的温度下，同时在真空或者流动惰性气体的环境中进行高温还原处理，还原2～4 h后得到金属镁，然后将所述还原罐从所述还原炉中抽出以出镁。
16、其中，所述高温还原处理的过程可以在真空或者流动的惰性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅热法炼镁方法，包括步骤：硅热法炼镁工艺的配料过程中，控制所有原料中的氧化镁总量与氧化钙总量的摩尔比例小于1:1；
2.根据权利要求1所述的炼镁方法，其特征在于，控制配料过程中所有原料中的氧化镁总量与氧化钙总量的摩尔比为(0.95～0.99) : 1。
3.根据权利要求1或2所述的炼镁方法，其特征在于，还包括制备炼镁球团：先将所述含镁原料、硅铁、矿化剂和粘结剂均匀混合，并压制成球；再干燥处理，制得炼镁球团，且其中的含镁原料与硅铁质量比6 : (0.8～1.2)，所述含镁原料中的氧化镁与氧化钙摩尔比小于1:1；
4.根据权利要求3所述的炼镁方法，其特征在于，还包括高温还原炼镁：将所述炼镁球团置于还原罐中，于1050℃～1250℃的温度下进行还原处理，还原阶段结束后，出镁；
5.根据权利要求4所述的炼镁方法，其特征在于，所述高温还原炼镁的步骤包括在1050℃～1250℃的温度下，所述炼镁球团在真空或者流动惰性气体的环境中还原得到金属镁。
6.根据权利要求5所述的炼镁方法，其特征在于，所述炼镁球团在真空环境中发生还原反
7.根据权利要求5所述的炼镁方法，其特征在于，所述炼镁球团在流动的惰性气体的环境中发生还原反应；
8.根据权利要求5或6或7所述的炼镁方法，其特征在于，还包括降温出渣：将所述还原罐的温度降至硅酸二钙晶型转变温度以下，使所述还原罐中的硅酸二钙粉化，出渣。
9.一种硅热法炼镁出渣方法，包括：
10.根据权利要求9所述的出渣方法，其特征在于，控制所述炼镁球团中的氧化镁与氧化钙摩尔比小于1:1的方法包括：在硅热法炼镁工艺的配料过程中，先确定原料中的氧化镁含量与氧化钙含量，若所有原料中氧化镁总摩尔数大于氧化钙的总摩尔数，额外添加氧化钙以调节所述炼镁球团中的氧化镁和氧化钙的摩尔比小于1:1。
...【技术特征摘要】
1.一种硅热法炼镁方法，包括步骤：硅热法炼镁工艺的配料过程中，控制所有原料中的氧化镁总量与氧化钙总量的摩尔比例小于1:1；
2.根据权利要求1所述的炼镁方法，其特征在于，控制配料过程中所有原料中的氧化镁总量与氧化钙总量的摩尔比为(0.95～0.99) : 1。
3.根据权利要求1或2所述的炼镁方法，其特征在于，还包括制备炼镁球团：先将所述含镁原料、硅铁、矿化剂和粘结剂均匀混合，并压制成球；再干燥处理，制得炼镁球团，且其中的含镁原料与硅铁质量比6 : (0.8～1.2)，所述含镁原料中的氧化镁与氧化钙摩尔比小于1:1；
4.根据权利要求3所述的炼镁方法，其特征在于，还包括高温还原炼镁：将所述炼镁球团置于还原罐中，于1050℃～1250℃的温度下进行还原处理，还原阶段结束后，出镁；
5.根据权利要求4所述的炼镁方法，其特征在于，所述高温还原炼镁的步骤包括在1050...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭军华，龙伟民，钟素娟，张延安，李培艳，孙逸翔，刘付丽，张陕南，
申请(专利权)人：郑州机械研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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