一种真空微波炼镁装置的制作方法

本实用新型涉及冶炼领域，尤其涉及一种真空微波炼镁装置。

背景技术：

镁属于轻金属，具有优良的综合性能，具有比重轻、比强度高、比刚度大、电磁屏蔽性好、抗振减振性强、切削加工性能和成型性能好、易回收再利用等优点，因而广泛应用于高铁、汽车、摩托车、3C产品、手动工具、航空航天及国防军工等领域。

目前，原镁冶炼普遍采用皮江法工艺，白云石经过煅烧后得到煅白，煅白与还原剂硅铁、矿化剂萤石一起磨粉、造球，然后送入还原罐中进行固相还原反应。皮江法大多采用煤气、兰炭气等为燃料对还原罐进行加热。由于煅白等原料的传热性差，因此还原过程中将原料加热至还原反应所需温度的时间很长，实际生产中还原工序所需时间通常在8-10小时，因此还原反应过程的能耗非常高、能源效率低。此外在皮江法炼镁过程中，煅烧和还原是不连续的，白云石在煅烧之后需要经过冷却、研磨、造球，才能进行还原，这也造成了大量能源的损耗。皮江法在煅烧时，还产生大量CO₂对外排放，造成环境污染和温室气体大量增加。皮江法在镁冶炼过程中主要工艺包括煅烧工艺和还原工艺。传统皮江法煅烧是在回转窑内进行，还原是在还原罐内进行，白云石煅烧结束后得到煅白，煅白在冷却后进行研磨、与硅铁、萤石一起造球，再装入还原罐加热进行还原。这种冶炼方式导致能耗高、能效低。因此皮江法炼镁能耗高、能效低、环境污染严重的问题，成为原镁冶炼领域亟待解决的重要课题。

另外采用燃气加热、感应加热、电阻加热时，由于受热不均匀，直接受热部分的球团温度上升快，未受热部分的球团温度上升较慢，在煅烧时容易导致受热部分球团过烧，未受热部分球团生烧，从而影响氧化镁的还原反应，造成金属镁还原率下降。

微波是一种清洁、高效的能源，与采用燃煤、燃气、电阻、电磁等加热方式相比较，微波对于粉状矿石的加热尤其有效，所以将微波加热技术应用于镁的冶炼，对于提高能效、降低能耗有十分显著的作用。

将微波加热引入原镁冶炼、开发微波炼镁设备是一种提高镁冶炼能效的有效方法。专利申请号为CN201520111780.7公开了一种金属镁冶炼微波还原炉，该还原炉主要用于微波加热进行氧化镁的还原工艺，其还原炉不包括煅烧功能。因此，尽管该还原炉可以降低能耗，但节能效果还需要提高。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种真空微波炼镁装置，其能解决炼镁能耗高、效率低和有污染的问题。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种真空微波炼镁装置，其改进之处在于，所述的装置包括：

加料装置，所述的加料装置包括进料罐，所述的进料罐连通有进料管；

冶炼炉，所述的冶炼炉内设置有用于进行煅烧和还原反应的坩埚、以及对所述坩埚内原料进行加热的微波发生器，所述的冶炼炉与所述的进料管连通，所述坩埚的上端设置有带有出气孔的隔热挡板，所述隔热挡板的上端连接有用于收集镁的结晶器，所述的冶炼炉连通有用于辅助煅烧和还原反应的第一真空泵系统；

出渣仓，所述的出渣仓与所述的坩埚连通。

优选的，所述的进料罐还连通有预热罐，所述的预热罐连通所述的进料管，所述的预热罐连通有第二真空泵系统。

优选的，所述的第二真空泵系统还连通有CO₂气体收集装置。

优选的，所述的进料罐上端设置有用于进料的第一阀门，所述的进料罐与预热罐的连通处设置有第二阀门。

优选的，所述的预热罐与所述进料管的连通处设置有第三阀门，所述的第二真空泵系统与所述预热罐的连通处设置有第四阀门。

优选的，所述的第一真空泵系统与所述冶炼炉的连通处设置有第五阀门。

优选的，所述的第一真空泵系统和第二真空泵系统为机械真空泵或射流真空泵。

优选的，所述的冶炼炉还包括炉壳，所述的炉壳上设置有用于破真空的第六阀门。

优选的，所述的隔热挡板两端设置有隔热层，所述的隔热层与炉壳连接。

优选的，所述的出渣仓与所述坩埚的连通处设置有第七阀门，所述的炉壳上端设置有用于取镁的第八阀门，所述的出渣仓下端设置有用于出渣的第九阀门。

优选的，所述的第九阀门还连接有余热回收装置。

优选的，所述的坩埚由氧化铝、氧化钙、氧化锆、石英或钛酸铝制成。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

1、微波是一种清洁、高效的能源，微波对于粉状矿石的加热尤其有效，微波加热时升温速度快，本实用新型在煅烧和还原工艺时采用微波加热，所需时间明显缩短，能耗大幅度下降,能源效率提高；

2、本实用新型煅烧时产生的气体(主要是CO₂)经过预热罐时对其中球团进行预热，然后通过第二真空泵系统排出后，送入CO₂气体收集装置，经过冷却、除尘、净化后，获得纯净的CO₂，达到资源充分利用和节能减排的目的；

3、本实用新型微波炼镁装置使煅烧工艺和还原工艺在同一坩埚内进行，煅烧工艺和还原工艺是连续的，这将缩短加热时间，有效降低能耗；

4、本实用新型采用微波加热，可以使坩埚内的球团受热均匀，有效控制含碳酸镁矿石的煅烧质量，提高金属镁的还原率。

附图说明

图1为本实用新型的平面结构示意图；

图2为本实用新型加料装置的另一种实施例图。

图中：1.冶炼炉

11.炉壳 12.坩埚 13.微波发生器 14.隔热挡板

15.第一真空泵系统 16.结晶器 17.第一保温层

18.隔热层

2.加料装置

21.预热罐 22.进料罐 23.CO₂气体收集装置

24.进料管 25.第二真空泵系统

3.出渣仓

31.第二保温层 32.耐热材料层 33.余热回收装置

F1.第一阀门 F2.第二阀门 F3.第三阀门 F4.第四阀门

F5.第五阀门 F6.第六阀门 F7.第七阀门 F8.第八阀门

F9.第九阀门 F10.第十阀门。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

本实用新型的一种实施例为：

由图1可知，一种真空微波炼镁装置，所述的装置包括：

加料装置2，所述的加料装置2包括进料罐22，所述的进料罐22连通有进料管24；还包括冶炼炉1，所述的冶炼炉1内设置有用于进行煅烧和还原反应的坩埚12和对坩埚12内原料进行加热的微波发生器13，所述的冶炼炉1与所述的进料管24连通，所述坩埚12的上端设置有带有出气孔的隔热挡板14，所述隔热挡板14的上端连接有用于冷却收集镁蒸汽的结晶器16，所述的冶炼炉1还连通有用于辅助煅烧和还原反应的第一真空泵系统15；其还包括出渣仓3，所述的出渣仓3与所述的坩埚12连通。

本实用新型的另一种实施例为：

所述的进料罐22还连通有若干预热罐21，所述的预热罐21连通所述的进料管24，所述的预热罐21还连通有第二真空泵系统25，所述的第二真空泵系统25连通有CO₂气体收集装置23，所述的第二真空泵系统25与所述预热罐21的连通处设置有第四阀门F4，所述的第一真空泵系统15与所述冶炼炉1的连通处设置有第五阀门F5，所述的第一真空泵系统15和第二真空泵系统25为机械真空泵或射流真空泵。所述的进料罐22上端设置有第一阀门F1作为进料口，所述的进料罐22与预热罐21的连通处设置有第二阀门F2，所述的预热罐21与所述进料管24的连通处设置有第三阀门F3。该实施例其他的同上。

其中，所述的冶炼炉1还包括炉壳11，所述炉壳11在结晶器的上端设置有第八阀门F8作为取镁口，所述的炉壳11上还设置有用于破真空的第六阀门F6。所述坩埚12的外壁设置有第一保温层17，所述的隔热挡板14两端设置有隔热层18，所述的隔热层18与炉壳11连接。

其中，所述的出渣仓3与所述坩埚12的连通处设置有第七阀门F7，所述的出渣仓3下端设置有第九阀门F9作为出渣口，所述出渣仓3内设置有耐热材料层32，所述的耐热材料层32外面设置有第二保温层31，所述的第九阀门F9还连接有余热回收装置33。所述的坩埚是由透波材料制成的，该透波材料包括氧化铝、氧化钙、氧化锆、石英、钛酸铝中的一种材料或几种材料。

由图2可知，其加料装置1的另一种实施例为：其加料装置1设置有两个预热罐21，两个预热罐21连通，其连通处设置有第十阀门F10，该实施例其他的同上。

由图1可知，本实用新型使用上述真空微波炼镁装置的炼镁方法，包括：

制备球团：将白云石、硅铁、矿化剂分别进行破碎、研磨，研磨后粒度小于100目，然后将白云石、硅铁、矿化剂按照一定的重量比进行混合，得到第一混合物；同时将辅助加热材料(用于吸收微波辅助加热)进行破碎、研磨，研磨后粒度小于60目，将所述的辅助加热材料与所述的第一混合物按照一定的重量比进行混合，得到第二混合物，将第二混合物进行挤压造球，得到球团；

装料、预抽真空：刚开始所有的阀门都关闭，开启进料口第一阀门F1，将所述的球团装入进料罐中，打开第二阀门F2，球团进入预热罐中，打开第三阀门F3，球团进入冶炼炉1中，此时的结晶器16和隔热挡板14不在坩埚12上端，球团落入坩埚12内；加料完毕后，将结晶器16和隔热挡板14放在坩埚12的上端，关闭第一阀门F1，打开第四阀门F4，启动第二真空泵系统25预抽真空(当采用独立真空泵系统时，真空泵系统与预热罐21和冶炼炉1都连通，且最优采用耐高温的多级真空泵系统)。

煅烧：当冶炼炉1预抽真空达到500Pa绝对压力后，开启微波发生器13，微波发生器13产生的微波对坩埚12内的球团进行加热煅烧，煅烧时白云石分解产生的高温CO₂气体在第二真空泵系统25的作用下经过进料管24进入预热罐21，对预热罐21中的球团进行预热，然后通过阀门F4，由第二真空泵系统排出后送入CO₂气体收集装置23对CO₂气体进行收集，CO₂气体经过冷却、除尘、净化后，获得纯净的CO₂，可用于制造干冰等，达到资源利用和节能减排的目标。

煅烧时，含碳酸镁的矿石分解出CO₂气体。例如，白云石煅烧时反应式如下：

CaCO₃.MgCO₃＝CaO.MgO+2CO₂

CaCO₃＝CaO+CO₂

MgCO₃＝MgO+CO₂

在煅烧时含碳酸镁的矿石分解产生CO₂气体的温度高、纯度高，可以用于原料的预热和收集使用。

还原：当煅烧结束后，关闭第四阀门F4和第二真空泵系统25，开启第五阀门F5和第一真空泵系统15，控制真空度至13Pa绝对压力以下，控制微波发生器13，微波加热球团使温度达到1100℃-1300℃，并保持真空度和温度，使得球团内的物质发生还原反应，反应过程中产生的镁蒸汽通过隔热挡板14上的出气孔，进入结晶器16冷凝后收集，在结晶器16中获得结晶镁，还原反应的时间为1.5小时，镁的还原率为88％。

取镁：在还原反应结束之后，通过开启第六阀门F6破真空后，打开取镁口第八阀门F8，可以将结晶器16从冶炼炉1内取出，从而获得结晶镁。

出渣：球团在还原反应结束后形成高温炉渣，打开第七阀门F7，所述的高温炉渣进入到出渣仓；再打开出渣口第九阀门F9，高温炉渣排出，落入余热回收装置33，对高温炉渣的余热进行回收，以实现余热回收利用，达到降低能耗的目的。

炼镁当中主要发生的化学反应式为：

CaCO₃.MgCO₃＝CaO.MgO+2CO₂

CaCO₃＝CaO+CO₂

MgCO₃＝MgO+CO₂

2MgO+Si＝2Mg+SiO₂

其中，所述的辅助加热材料采用兰炭，所述的矿化剂采用萤石。所述第一混合物中硅铁占9.0％-11.5％、萤石占1.8％-2.5％、余量为白云石，所述的兰炭与第一混合物按照30：100的重量比进行混合得到第二混合物。还原球团工艺中的微波加热球团使温度达到1200℃为最适。

本实用新型使用微波加热球团，微波是一种清洁、高效的能源，提高了能效，降低了污染；其设置有真空泵系统，根据工艺要求控制冶炼炉1的真空度，球团在同一坩埚内进行煅烧和还原，使工艺能连续进行，加热时间大幅度缩减，节省了能源；其使用辅助加热材料使微波加热效果好，提高了效率；其设置有CO₂气体收集装置，能对CO₂气体进行净化收集，达到资源利用和节能减排的目标，降低了污染。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。