专利名称：一种常压热还原法制备金属镁的工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于有色金属冶炼领域，涉及一种以蛇纹石矿物为原料，以碳化钙为还原 剂，常压条件下热还原制备金属镁的方法。
背景技术：
镁是地壳中分布较广的元素之一，具有优良的物理性质，广泛应用于航空航天、交 通运输、微电子等领域，被誉为“21世纪最具开发潜力和应用前景的绿色工程材料”。镁的工业生产目前主要有电解法和硅热法(皮江法)两种电解法一般以无水氯 化镁为原料，金属合金为阴阳极，在氯化镁熔融状态下通入直流电电解，阴极得到金属镁， 阳极放出氯气。其工艺缺点是六水氯化镁脱水工艺复杂，废气、废水、废渣的处理难度大，生 产设备腐蚀严重，生产成本高。硅热法炼镁因其流程短、见效快、原料方便、生产灵活、便于 操作目前被广泛应用。其采用硅铁做为还原剂，在一定真空度和温度下，将煅烧后的白云石 还原，镁被还原成蒸气后再进行冷凝得到金属镁。但是，硅热法炼镁的各项技术经济指标并 不理想，主要存在以下主要问题1)对原料的品味要求高，目前只能采用白云石矿料，其氧 化镁和镁含量远低于蛇纹石；2)做为还原剂的硅铁成本较高；3)还原反应需要真空条件， 难以实现连续生产，镁厂的生产规模小；4)还原温度高，还原罐使用寿命短，生产成本高； 5)能源浪费和环境污染严重，镁产量的增长以牺牲环境和资源为代价。我国专利申请93115701. 3公开了一种以菱镁矿和白云石为原料的铝热法炼镁方 法，以铝粉为还原剂，在1100 1170°C和真空条件下，经6 8小时生成金属镁。我国专 利申请200410020666. X公开了一种以硅铝合金为还原剂制备金属镁的方法，此方法一白 云石和菱镁矿为原料，用硅铝合金作还原剂，在高温和真空条件下，还原煅烧白云石和菱镁 矿，制备金属镁。我国专利申请200810058928. X公开了一种菱镁矿真空碳热还原制备金 属镁的方法，以煤为还原剂并添加氟化钙为催化剂，控制炉内压力20 700Pa、在1300 15000C的条件下还原熔炼40 60min，得到块状金属镁。我国专利申请200910084574. 0公 开了一种用蛇纹石矿物真空碳热还原制备金属镁及副产品的方法，以蛇纹石为原料，配入 碳质还原剂，经过压球干燥后在10 500Pa和1200 1500°C条件下还原制备金属镁。通过以上技术背景可知，目前研究的制取金属镁的工艺大多需在真空下进行，难 以实现连续生产、扩大规模的目的，且目前制备金属镁所需原料大多采用氧化镁及其矿物 白云石或菱镁矿，而对另一种镁含量高的矿物——蛇纹石研究很少。基于此状况，我们对蛇 纹石矿物在非真空条件下热还原法生产金属镁进行了深入研究，发明了蛇纹石矿物常压热 还原制备金属镁的工艺。
发明内容
本发明的目的是针对目前热还原法炼镁的缺陷，寻求一种简单、环保并能够连续、 大规模制备金属镁的方法。为实现上述目的，本发明提供一种以蛇纹石矿物为原料在常压 条件下热还原制备金属镁的工艺，其特征是以蛇纹石粉矿为原料，碳化钙为还原剂，氧化钙
3为助剂，氟化钙为催化剂，常压条件下进行还原反应得到镁蒸气。反应方程式为2Mg0 · Si02+Mg0 · Si02+3CaC2+Ca0 — 3Mg (g) +2 (2Ca0 ‘ SiO2) +6C具体步骤为(1)以蛇纹石矿物为原料，放入炉中以5 15°C /min的升温速率升温至500 750°C煅烧脱除结晶水，得到煅烧产物；(2)按照煅烧产物、还原剂和助剂重量比30 60 24 50 7 20配料，并添 加催化剂后，混合物料在50Mpa下压制成球团；(3)将所述球团料加入炉中，以5 15°C /min的升温速率升温至1000 1200°C， 进行还原反应还原球团中的镁；(4)还原出的镁蒸气在200 600°C的镁冷凝器上冷凝为结晶镁，将镁冷凝器冷却 至室温，收集得到结晶镁块。其中，还原剂为碳化钙，助剂为氧化钙，催化剂为氟化钙。进一步的，所述氟化钙添加量为混合原料量的5 10wt%。进一步的，所述步骤(2)中，混合原料压制成的球团粒度约为30mm。该还原工艺具有以下优点1)选用蛇纹石矿物为原料，国内储量丰富，其理论含镁量可达到26.3%，远高于 白云石的13. 2%，具有很高的利用价值；2)蛇纹石是一种硅酸镁矿物，工艺流程中无需进行脱碳，该工艺没有CO2排放，是 一种低碳环保的工艺；3)镁还原反应在常压下即可完成，配合合适的装出料装置可以实现连续生产，扩 大生产规模，提高生产效率。
图1是本发明还原制备金属镁的工艺流程图。
具体实施例方式实施例1 采用MgO含量为43. 6%的蛇纹石矿物为原料，将其加入炉中，升温至 500°C脱除结晶水，得到煅烧产物。按照煅烧产物、还原剂和助剂重量比30 24 7配料， 并添加5wt %的氟化钙后混合均勻，在50Mpa下压制成粒度约为30mm的球团。将球团装入 炉中，升温至1100°C，还原得到镁蒸气，镁蒸气在200°C的镁冷凝器上凝结并收集得到金属 镁。实施例2 采用MgO含量为43. 6%的蛇纹石矿物为原料，将其加入炉中，升温至 600°C脱除结晶水，得到煅烧产物。按照煅烧产物、还原剂和助剂重量比30 35 15配料， 并添加8wt%的氟化钙后混合均勻，在50Mpa下压制成粒度约为30mm的球团。将球团装入 炉中，升温至1150°C，还原得到镁蒸气，镁蒸气在300°C的镁冷凝器上凝结并收集得到金属 镁。实施例3 采用MgO含量为43. 6%的蛇纹石矿物为原料，将其加入炉中，升温至 750°C脱除结晶水，得到煅烧产物。按照煅烧产物、还原剂和助剂重量比30 50 20配 料，并添加IOwt %的氟化钙后混合均勻，在50Mpa下压制成粒度约为30mm的球团。将球团装入炉中，升温至1200°C，还原得到镁蒸气，镁蒸气在500°C的镁冷凝器上凝结并收集得到 金属镁。
实施例4 采用MgO含量为43. 6%的蛇纹石矿物为原料，将其加入炉中，升温至 750°C脱除结晶水，得到煅烧产物。按照煅烧产物、还原剂和助剂重量比60 35 15配 料，并添加IOwt %的氟化钙后混合均勻，在50Mpa下压制成粒度约为30mm的球团。将球团 装入炉中，升温至1200°C，还原得到镁蒸气，镁蒸气在600°C的镁冷凝器上凝结并收集得到
金属镁。
权利要求
一种常压热还原法制备金属镁的工艺，其特征是，按照以下步骤完成1.1以蛇纹石矿物为原料，放入炉中以5～15℃/min的升温速率升温至500～750℃煅烧脱除结晶水，得到煅烧产物；1.2按照煅烧产物、还原剂和助剂重量比30～60∶24～50∶7～20配料，并添加催化剂后，混合物料在50Mpa下压制成球团；1.3将所述球团料加入炉中，以5～15℃/min的升温速率升温至1000～1200℃，进行还原反应还原球团中的镁；1.4还原出的镁蒸气在200～600℃的镁冷凝器上冷凝为结晶镁，将镁冷凝器冷却至室温，收集得到结晶镁块。所述步骤1.2中，还原剂为碳化钙，助剂为氧化钙，催化剂为氟化钙。
2.根据权利要求1所述的一种常压热还原法制备金属镁的工艺，其特征是所述氟化 钙添加量为混合原料量的5 IOwt%。
3.根据权利要求1所述的一种常压热还原法制备金属镁的工艺，其特征是所述步骤 1. 2中，混合原料压制成的球团粒度约为30mm。
全文摘要
本发明属于有色金属冶炼领域，涉及了一种以蛇纹石矿物为原料常压热还原法制备金属镁的工艺。其特征是以蛇纹石矿物为原料，碳化钙为还原剂，添加氧化钙为助剂，氟化钙为催化剂，常压下进行热还原反应得到镁蒸气。工艺流程如下首先，在500～750℃条件下煅烧蛇纹石矿物，使之脱除结晶水；之后按照煅烧产物、碳化钙和氧化钙重量比30～60∶24～50∶7～20配料，并添加5～10wt％催化剂后混合物料在50MPa下压制成球团；最后，将球团送入还原炉中，升温至1000～1200℃，还原球团中的镁，还原出的镁蒸气在镁冷凝器上冷凝为结晶镁。该工艺可在常压下进行，且整个反应过程无需脱碳，是一种低碳环保的工艺。
文档编号C22B26/22GK101967566SQ20101053650
公开日2011年2月9日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者夏德宏, 李一帆, 舒斌 申请人:北京科技大学