专利名称：一种碳热还原制备镁及钙的方法
技术领域：
本发明涉及一种碳热还原制备镁及钙的方法，属于金属冶炼领域。
背景技术：
镁是最轻的结构金属材料之一，具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削性好、易于回收等优点。在材料、机械、车辆、3C、航空航天、国防等领域有重要的、广泛的应用。钙可以做脱氧剂、脱水剂、还原剂、脱硫剂、脱碳剂、吸气剂，在材料、冶金、化工、电
子等领域有重要应用。现有的热还原制备技术的工艺一般过程为:(1)煅烧含有金属元素的矿石，得到金属氧化物，(2)将金属氧化物、还原剂、助剂细化为粉末；(3)计量金属氧化物、还原剂、助剂并混合均匀得到反应物料，(4)将粉末压制成块，(5)将块状物放入真空还原罐中进行反应，获得金属蒸汽并冷凝为凝聚态金属。现有技术中，金属镁的制备多采用皮江法，该法利用硅还原剂将煅白中的MgO还原为金属镁，而煅白中CaO进入渣相而被浪费被造成环境污染。金属钙一般采用热还原法和氯化钙熔盐电解法。热还原法铝的成本较高，而电解法过程复杂，工艺成本高。
发明内容
本发明针对现有热还原技术中存在的反应物料成本高、反应产物不纯、反应原料利用率低的问题，提供一种能节省成本，实现产物分别制备并收集的新方法。为了达到以上目的，本发明的技术方案为:I)准备热还原用原料:原料包括煅白、还原剂、助剂氟化钙等。其中:煅白是煅烧白云石；还原剂为碳或在高温下可以生成碳的物质；还原剂单质碳的碳物质量是煅白中氧化钙物质量和氧化镁物质量总和的1-2倍；氟化钙的质量为其他反应物料总量的3-5% wt。2)反应物料经计算后装入还原罐中，在真空度为l_20Pa、温度在1000-1350°C条件下进行热还原反应，分别制备金属镁和钙。3)分别收集反应生成的镁、钙蒸汽并冷凝得到凝聚态的金属镁和钙。4)反应完成后，收集反应产生的CO作为燃料为热还原反应矿石的热分解提供热倉泛。同时，还原反应过程中，可搅拌反应物料或旋转还原罐等，强制扰动反应物料，促进反应进行。与现有技术相比，本发明提供一种分步先后还原煅白中的氧化镁和氧化钙，制备得到镁和钙的蒸汽，从而实现对镁和钙的分别收集，进而大幅度的降低成本，获得高纯度的金属镁和钙，提高金属材料的利用率。
具体实施方式
结合以下实施例进一步说明本发明的具体实施方式
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实施例1
(I)准备反应物料，反应物料由MgO含量为40%的煅烧白云石，单质碳和氟化钙组成，配料质量比为:煅白:C:CaF2=100:54:10 ；
(2)将所有反应物料粉碎到颗粒直径小于0.1Omm,并混合均匀；
(3)将粉碎并混合均匀的原材料压制成球团；
(4)将球团装入还原罐中，加热升温并抽真空，在T/P°_°395=1307时保持I小时收集镁蒸汽，待镁蒸汽收集完结后，在T/P°_°37°=1483时保持0.5小时收集钙蒸汽，分别冷凝得到凝聚态的金属镁和钙；
实施例2
(I)准备反应物料，反应物料由MgO含量为40%的煅烧白云石，煤炭或焦炭和氟化隹丐组成，配料质量比为:煅白:C=100:60 ；
( 2)将所有反应物料粉碎到颗粒直径小于0.1Omm,并混合均匀；
(3)将粉碎并混合均匀的原料压制成球团；
(4)将球团装入还原罐中，加热升温并抽真空，在T/P°_°395=1324时保持I小时收集镁蒸汽，待镁蒸汽收集完结后，在T/P°_°37°=1488时保持0.5小时收集钙蒸汽，分别冷凝得到凝聚态的金属镁和钙。
权利要求
1.一种碳热还原制备镁及钙的方法，反应物料为:煅白、还原剂和助剂，工艺步骤为: 根据还原反应的化学计量配置反应物，将反应物制粉并混合均匀，将反应物粉末压制成块并放入还原罐中；反应物在罐内绝对压力P为l-20Pa、温度T为1300-2000K的条件下进行热还原反应，其特征是，在T/P°_°395为1300-1325的条件下还原氧化镁获得金属镁，在T/ P0-0370为1480-1550的条件下还原氧化钙获得金属钙。
2.根据权利要求1所述的碳热还原制备镁及钙的方法，其特征是，所述的绝对压力P的量纲为Pa，温度T的量纲为K。
3.根据权利要求1所述的碳热还原制备镁及钙的方法，其特征是，所述的煅白是煅烧白云石。
4.根据权利要求1所述的碳热还原制备镁及钙的方法，其特征是，所述的还原剂是单质碳或在高温下能产生碳的物质。
5.根据权利要求1所述的碳热还原制备镁及钙的方法，其特征是，还原剂单质碳的碳物质量是煅白中氧化钙物质量和氧化镁物质量总和的1-2倍。
6.根据权利要求1所述的碳热还原制备镁及钙的方法，其特征是，反应产生的CO作为燃料为热还原反应矿石的热分解提供热能。
7.根据权利要求1所述的碳热还原 制备镁及钙的方法，其特征是，还原反应过程中，强制扰动还原te内的物料。
全文摘要
一种碳热还原制备镁及钙的方法，属于金属冶炼领域。工艺步骤为根计算煅白、还原剂及助剂等反应物料，将反应物制粉并混合均匀，将反应物粉末压制成块并放入还原罐中；反应物在罐内绝对压力P为1-20Pa、温度T为1300-2000K的条件下进行热还原反应；先后分别收集还原出的金属蒸汽并冷凝得到凝聚态的镁和钙。该方法制造流程短，残渣少，是一种资源、能源利用率高的金属制备方法。
文档编号C22B5/10GK103205573SQ20131016267
公开日2013年7月17日 申请日期2013年5月6日 优先权日2013年5月6日
发明者谢卫东, 马欣, 潘佳, 魏国兵, 彭晓东, 汪浩, 张玺, 胡发平 申请人:重庆大学