一种含铝炼镁还原剂的制备方法及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种含铝炼镁还原剂的制备方法及使用方法。
【背景技术】
[0002]目前工业生产金属镁的方法主要有两种，一种是熔盐电解法，另一种是真空金属热还原法，而在真空金属热还原法中以硅铁为还原剂的皮江法(Pidgeon)炼镁技术是生产金属镁的主要方法。皮江法炼镁由于工艺简单，投资小，成本低，且相对于熔盐电解法生产过程中无腐蚀性气体排出，因此越来越多地取代熔盐电解法。但皮江法炼镁也有缺点，该方法以硅铁为还原剂，其要求还原原料中的CaO与MgO的摩尔比为1:1，因此还原物料中氧化镁含量较低，矿石消耗量大，还原过程料镁比较高，导致皮江法炼镁能耗高，另外皮江法炼镁的温度相对于以铝粉或铝硅合金粉为还原剂的铝热法要高100°C以上，还原过程中还原罐消耗量大，还原罐维修分摊成本高，且还原后获得的还原渣尚未得到很好的利用。
[0003]以铝粉为还原剂真空热还原炼镁可降低还原温度，减少矿石消耗，降低金属镁的生产能耗，且还原后的还原渣可进行浸出生产特种氢氧化铝，浸出后的渣还可返回配料用于生产金属镁。但以铝粉为还原剂生产金属镁由于铝粉的成本较高导致生产金属镁的成本较高，影响了铝热还原炼镁技术的发展。导致铝粉成本较高的原因主要有以下几个方面:
(I)目前市售铝粉多以纯铝为原料生产的，纯铝成本较高；(2)铝粉不能通过铝块球磨制备，只能通过喷吹的方式制备，而铝热还原炼镁对铝粉的粒度有一定的要求，而在以纯铝为原料喷吹铝粉的过程中产生大量的粒度较大的铝粒不能用于还原，需要返回重熔，增加了铝粉的成本；(3)在纯铝喷吹的过程中部分的铝也会被氧化成为氧化铝，造成了部分铝的浪费，同时降低了铝的还原利用率，增加了还原过程中铝粉的消耗，增加了成本。另外由于铝粉活性很高，在空气中达到一定浓度后会发生爆炸，由于该原因，铝粉与还原物料配料混料不能采用传统的球磨混料(防止爆炸)，混料也存在一定的问题。基于以上这些原因，出于成本和安全考虑，导致以铝粉为还原剂的铝热还原炼镁方法尚难以在工业应用。
【发明内容】
[0004]针对现有皮江法炼镁还原技术存在的上述问题，本发明提供一种含铝炼镁还原剂的制备方法及使用方法，先通过将铝、废铝或废铝合金制成脆性的铝铁合金，然后破碎成粉，再进行配料还原炼镁，在高效利用铝的同时防止铝在球磨混料过程中发生危险，并降低以铝为还原剂的真空热还原炼镁成本。
[0005]本发明的含铝炼镁还原剂的制备方法按以下步骤进行:
1、将铝锭、废铝或废铝合金放入到电阻炉或中频炉中熔化，再将熔体升温至1100~1250°C，获得铝熔体；
2、将废铁或废钢切碎至粒径彡20mm，在150±10烘干2~5h，制成铁肩；
3、将铁肩放入铝熔体中，加入量按铁肩为铝熔体中的铝的总重量的40~75%，然后搅拌至铁肩完全熔解，获得铁铝熔体；
4、向铁铝熔体中加入精炼剂进行精炼，去除铁铝熔体中夹杂的氧化物，精炼结束后将铁铝熔体表面的漂浮物捞出，再将铁铝熔体浇铸成铸锭；
5、将铸锭破碎成粒径<50_的碎块，获得含铝炼镁还原剂。
[0006]上述的废铝合金中按重量百分比含铝多80%，铝锭中按重量百分比含铝多95%，废铝中按重量百分比含铝多90%。
[0007]上述的精炼剂为冰晶石和/或氟化钠，精炼剂的用量为铁铝熔体总重量的
0.1?1%。
[0008]上述方法中，精炼的时间为2~30min。
[0009]上述的含铝炼镁还原剂为铝铁合金，铝的重量百分比在58~70%。
[0010]本发明的含铝炼镁还原剂的使用方法为:将含铝炼镁还原剂与煅后的炼镁还原物料一起放入球磨机进行球磨混料，球磨后的物料压球后进入还原炉炼镁进行炼镁还原。
[0011]上述的炼镁还原反应发生的反应方程式为:
Ca0.MgO+Al3Fe/Al13Fe4/Al76Fe24— [12Ca0.7A1 203] +Mg +Fe。
[0012]本发明的方法中，铁熔解进入铝熔体后，与铝会形成Al3Fe, Al13Fe4, Al76Fe24等铝铁合金；浇铸成锭后，不像铝延展性好破碎困难，制取的含铝铁的合金很脆，很容易破碎成小块，不需要喷吹等复杂设备和复杂工序，可采用普通的破碎设备直接进行破碎，采用该方法铝的氧化损失很小，且生成铝铁合金后铝的活性降低不容易爆炸；采用本发明的方法制取的含铝炼镁还原剂，炼镁过程采用目前皮江法相同的设备即可，不需要增加新的设备，克服了以铝粉为还原剂炼镁的缺点。
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例1中的含铝炼镁还原剂的XRD图。
【具体实施方式】
[0014]本发明实施例中采用的铝锭为市购产品，采用的废铝和废铝合金为回收的废旧销、废旧销合金。
[0015]本发明实施例中采用的废铁和废钢为回收废I日材料。
[0016]本发明实施例中采用的冰晶石和氟化钠为市购产品。
[0017]本发明实施例中采用的XRD设备型号为MPDDY2094 (荷兰帕纳科公司)。
[0018]本发明实施例中含铝炼镁还原剂与煅后的炼镁还原物料球磨混合时，含铝炼镁还原剂的用量为煅后的炼镁还原物料中重量的20~30%。
[0019]本发明实施例中含铝炼镁还原剂中铝的重量百分比在58~70%。
[0020]实施例1
将铝锭放入到电阻炉中熔化，再将熔体升温至1100°c，获得铝熔体；铝锭中按重量百分比含铝彡95% ；
将废钢切碎至粒径彡20mm，在150 ±10烘干2h，制成铁肩；
将铁肩放入铝熔体中，加入量按铁肩为铝熔体中的铝的总重量的40%，然后搅拌至铁肩完全熔解，获得铁铝熔体； 向铁铝熔体中加入精炼剂进行精炼，精炼的时间为2min ;去除铁铝熔体中夹杂的氧化物，精炼结束后将铁铝熔体表面的漂浮物捞出，再将铁铝熔体浇铸成铸锭；其中精炼剂为冰晶石，精炼剂的用量为铁铝熔体总重量的1% ;
将铸锭破碎成粒径< 50_的碎块，获得含铝炼镁还原剂；
使用方法为:将含铝炼镁还原剂与煅后的炼镁还原物料一起放入球磨机进行球磨混料，球磨后的物料压球后进入还原炉炼镁进行炼镁还原；获得的金属镁符合工业标准。
[0021]实施例2
方法同实施例1，不同点在于:
(1)将废铝放入到中频炉中熔化，再将熔体升温至1150°C，获得铝熔体；废铝中按重量百分比含铝彡90% ；
(2)将废铁切碎至粒径彡20mm，在150±10烘干3h；
(3)将铁肩放入铝熔体中，加入量按铁肩为铝熔体中的铝的总重量的50%;
(4)精炼的时间为5min;其中精炼剂为氟化钠，精炼剂的用量为铁铝熔体总重量的
0.5% ；
(5)将铸锭破碎成粒径<50_的碎块，获得含铝炼镁还原剂。
[0022]实施例3
方法同实施例1，不同点在于:
(1)将废铝合金放入到电阻炉中熔化，再将熔体升温至1200°C，获得铝熔体；废铝合金中按重量百分比含铝彡80%;
(2)将废钢切碎至粒径彡20mm，在150±10烘干4h；
(3)将铁肩放入铝熔体中，加入量按铁肩为铝熔体中的铝的总重量的60%;
(4)精炼的时间为15min;其中精炼剂为等质量混合的冰晶石和氟化钠，精炼剂的用量为铁铝熔体总重量的0.3% ;
(5)将铸锭破碎成粒径<50_的碎块，获得含铝炼镁还原剂。
[0023]实施例4
方法同实施例1，不同点在于:
(1)将废铝合金放入到中频炉中熔化，再将熔体升温至1250°c，获得铝熔体；废铝合金中按重量百分比含铝彡80%;
(2)将废铁切碎至粒径彡20mm，在150±10烘干5h；
(3)将铁肩放入铝熔体中，加入量按铁肩为铝熔体中的铝的总重量的75%;
(4)精炼的时间为30min;其中精炼剂为等质量混合的冰晶石和氟化钠，精炼剂的用量为铁铝熔体总重量的0.1% ;
(5)将铸锭破碎成粒径<50_的碎块，获得含铝炼镁还原剂。
【主权项】
1.一种含铝炼镁还原剂的制备方法，其特征在于按以下步骤进行: (1)铝锭、废铝或废铝合金放入到电阻炉或中频炉中熔化，再将熔体升温至1100~1250°C，获得铝熔体； (2)将废铁或废钢切碎至粒径彡20mm，在150±10烘干2~5h，制成铁肩； (3)将铁肩放入铝熔体中，加入量按铁肩为铝熔体中的铝的总重量的40~75%，然后搅拌至铁肩完全熔解，获得铁铝熔体； (4)向铁铝熔体中加入精炼剂进行精炼，去除铁铝熔体中夹杂的氧化物，精炼结束后将铁铝熔体表面的漂浮物捞出，再将铁铝熔体浇铸成铸锭； (5)将铸锭破碎成粒径<50_的碎块，获得含铝炼镁还原剂。
2.根据权利要求1所述的一种含铝炼镁还原剂的制备方法，其特征在于所述的废铝合金中按重量百分比含铝多80%，所述的铝锭中按重量百分比含铝多95%，所述的废铝中按重量百分比含铝多90%ο
3.根据权利要求1所述的一种含铝炼镁还原剂的制备方法，其特征在于所述的精炼剂为冰晶石和/或氟化钠，精炼剂的用量为铁铝熔体总重量的0.1~1%。
4.根据权利要求1所述的一种含铝炼镁还原剂的制备方法，其特征在于步骤(4)中精炼的时间为2~30min。
5.一种含铝炼镁还原剂的使用方法，其特征在于:含铝炼镁还原剂为铝铁合金，铝的重量百分比在58~70% ;将含铝炼镁还原剂与煅后的炼镁还原物料一起放入球磨机进行球磨混料，球磨后的物料压球后进入还原炉炼镁进行炼镁还原。
【专利摘要】一种含铝炼镁还原剂的制备方法及使用方法，按以下步骤进行：（1）铝锭、废铝或废铝合金熔化获得铝熔体；（2）将废铁或废钢切碎烘干制成铁屑；（3）将铁屑放入铝熔体中，搅拌至熔解，获得铁铝熔体；（4）加入精炼剂进行精炼，浇铸成铸锭；（5）破碎成碎块，获得含铝炼镁还原剂。使用方法为：将含铝炼镁还原剂与煅后的炼镁还原物料球磨混料，压球后进入还原炉炼镁进行炼镁还原。本发明的方法制取的含铝炼镁还原剂，炼镁过程采用目前皮江法相同的设备即可，克服了以铝粉为还原剂炼镁的缺点。
【IPC分类】C22B5-02, C22B26-22
【公开号】CN104789775
【申请号】CN201510167767
【发明人】王耀武, 彭建平, 狄跃忠
【申请人】东北大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月10日