专利名称：碳化钙用作冶炼金属镁的还原剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及有色金属冶炼领域，属于碳化钙的应用技术，特别是将碳化钙用作冶炼金属镁的还原剂。
背景技术：
镁的生产方法主要有电解法和硅热法(皮江法)，在我国大部分采用皮江法工艺生产金属镁。
皮江法生产工艺中，还原剂的还原性能的好坏是决定金属镁生产的能耗、收率、生产效率和生产成本中的主要因素之一。目前国内绝大部分企业采用硅铁作为还原剂。化学反应式如下(1)生产工艺是将白云石煅烧分解为煅白(MgO·CaO)，再将煅白和还原剂、萤石(CaF2)等混合磨粉、压成球后放入真空度为1~13Pa的还原罐中加热，进行氧化还原反应；还原剂主要采用硅铁，目前实际生产中绝大部分采用75#硅铁。
其它新型还原剂的应用研究虽有报导，但实际中未见使用。
硅铁作还原剂在应用中存在的问题1、能耗高。(1)式中硅铁中的FeSi化合物基本不参与还原，但却消耗大量的热量；参与还原的硅，其活性、导热性较差，还原时间长，相应增加了能源的消耗。
2、镁的收率低。由于硅铁还原效果差，加上其它原因，皮江法生产镁的回收率在80％以下，20％的镁未被回收，以Mg2SO4的形式残留在废渣中。
3、反应速率低。从(1)式我们知道，参与还原的主要是Si，而Si在还原反应中其活性比钙、铝、H2、C等差，产生的镁的蒸气压也低，反应时间长(6～8小时)，速率低。
4、成本高。以75#硅铁为例，游离硅占68％，FeSi2占32％，1mol75#硅铁质量为54.95g/mol。
28.09×68％+(55.85+2×28.09)×32％＝54.95g/mol，还原1Kg镁理论上需要消耗75#硅铁为54.95/2×24.31＝1.13kg/kg·Mg。即生产1吨镁需消耗1.13吨75#硅铁，实际生产中在1.2吨左右。金属镁冶炼生产成本中，硅铁还原剂占生产成本的50％左右。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷将碳化钙用作冶炼金属镁的还原剂。
本发明按下述方案实现碳化钙用作冶炼金属镁的还原剂，是将碳化钙与白云石煅料及萤石的粉料混合、成球，在高温和真空条件下进行还原反应制备金属镁；所述碳化钙的用量为白云石煅料中氧化镁重量的50％-60％；所述还原反应的温度为900-1100℃，压力为1Pa-20Pa，还原反应时间4-5小时。
本发明用碳化钙代替硅铁作还原剂，原用硅铁还原的工艺、设备不改变，只是工艺参数需要作调整。
具体化学反应方程式如下(2)根据(2)式反应自由能分析，反应式完全成立。
真空度达到10Pa以下时，还原温度可以在1000℃以下，比硅铁作还原剂时低200℃左右，还原时间缩短至4小时左右，单位时间产镁量可提高50％以上，还原剂用量由(1)式计算，采用75#硅铁，每公斤粗镁用量为1.13Kg。由(2)式计算，采用碳化钙(CaC2)每公斤粗镁用量为0.88Kg。碳化钙比硅铁少0.25Kg。而且，碳化钙的市场价格比硅铁低得多。
具体实施例方式1、还原剂的用量。以75#硅铁为例，游离硅占68％(W)，FeSi2占32％(W)，1mol75#硅铁质量为54.95g/mol，在CaC2含量为90％(W)时，由(1)式计算，采用75#硅铁，每公斤粗镁用量为1.13Kg。由(2)式计算，采用CaC2碳化钙每公斤粗镁用量为0.88Kg。碳化钙比硅铁少0.25Kg。
碳化钙配量计算W＝52×MgO％/CaC2％，式中52＝CaC2/3 MgO例取100kg煅白，MgO含量39％，CaC2含量90％碳化钙配入量为W＝52×39％/90％＝22.53kg当CaC2含量80％时，W＝52×39％/80％＝25.35kg则莹石(CaF2)配量q＝(100+W)×3％＝(100+25.35)×3％＝3.76kg炉料总量Q＝煅白100公斤+碳化钙25.35公斤+莹石3.76公斤＝129.11公斤。
2、反应温度和真空度的控制从(2)式计算可知，当真空度P＝10Pa时，反应温度T＝988℃，实际操作中反应温度应控制在1000±20℃即可。
3、成球压力的控制最佳成球压力P＝1.4～1.5t/cm2，压力大于1.5吨/cm2，镁蒸汽不易逸出；压力小于1.4吨/cm2，MgO和CaC2接触的不紧密，影响还原效率。
4、球团的防潮因碳化钙极易吸湿，产生乙炔气体，遇明火燃烧。压成球的球团应立即装(牛皮纸)袋。防止吸湿同时也利于装罐。
5、还原时间的控制硅铁一个还原周期产镁量18kg/罐，还原时间8小时，单位时间产镁量2.25kg/h；碳化钙小时产镁量4.61kg/h，理论上还原时间为18kg/4.61kg/h＝3.9h≈4小时。
实际操作中还原时间应控制在4～5小时之间。
权利要求
1.碳化钙用作冶炼金属镁的还原剂，是将碳化钙与白云石煅料及萤石的粉料混合、成球，在高温和真空条件下进行还原反应制备金属镁。
2.如权利要求1所述的碳化钙用作冶炼金属镁的还原剂，碳化钙的用量为白云石煅料中氧化镁重量的50％-60％。
3.如权利要求1所述的碳化钙用作冶炼金属镁的还原剂，还原反应的温度为900-1100℃，压力为1Pa-20Pa，还原反应时间4-5小时。
全文摘要
本发明属于碳化钙的应用技术，是将碳化钙用作冶炼金属镁的还原剂，将碳化钙与白云石煅料及荧石的粉料混合、成球，在高温和真空条件下进行还原反应制备金属镁。本发明用碳化钙代替硅铁作还原剂，原用硅铁还原的工艺、设备不改变，只是工艺参数需要作调整。
文档编号C22B5/00GK1920072SQ20051009694
公开日2007年2月28日 申请日期2005年8月27日 优先权日2005年8月27日
发明者秦光明 申请人:秦光明