专利名称：一种碳热还原制镁方法
技术领域：
本发明涉及一种热还原制备镁的方法，属于有色金属冶炼领域。
背景技术：
目前，金属镁主要采用皮江法生产，该法是将煅烧白云石和硅铁等磨成细粉，按一定比例混合压成团状，装入用耐热合金制成的还原罐内，在1150-1200°C的高温及10-20Pa的压强下进行还原得到镁蒸气，冷凝后成为结晶镁，再熔化制成镁锭。皮江法虽然投资小、见效快、技术简单，但存在着巨大的资源能源消耗和环境污染问题，主要有以下几点原因:(1)在硅铁作还原剂的情况下是静态的“固-固”相反应环境，物料接触不充分、传质传热 不畅，且反应残渣会阻碍反应的进行，造成反应缓慢、还原率较低；(2)反应时间长达8-10个小时，在长时间高温真空环境下还原罐耗损很快且燃料消耗很大；(3)硅做为还原剂进一步增加成本。碳还原法具有还原剂成本低，副产物渣相少等优点，但也存在与皮江法类似“固-固”相反应环境带来的系列问题。本发明是一种使用成本较低的碳做还原剂且能形成“固-液”相反映环境的热还原炼镁新方法。
发明内容
本发明针对现有的热还原制备金属镁方法中的资源、能源消耗大，环境污染严重等问题，提供一种碳为还原剂且能形成“固-液”相反映环境的热还原炼镁新方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的:I)准备反应物料:原料有锻烧白云石、还原剂、助剂。还原剂为含碳的合金及单质碳的混合物，含碳的合金组成为:碳0.6-8%wt、铁92.0-99.4%wt、及锰、锡、铈中的一种或几种，该合金的固相线温度为500-1250°C且不高于热还原反应温度。单质碳的量为热还原反应化学计量点的0-8倍；含碳的合金的体积是其他组分的1-15倍，碳含量为化学计量点的1-2倍；CaF2质量为其他组分总质量的3%-5%。2)将反应物料经计算称重后混合均匀装入还原罐，在真空度为l_20Pa，温度为1000-1250°C的条件下进行热还原反应，获得金属蒸气。3)冷凝镁蒸气，在还原罐上方设有冷凝隔板，金属气体在隔板上凝结。4)反应完成后，还原炉内的余留的铁、锡、铈、锰、碳等材料循环进入下一批次的热还原流程。5)热还原过程中强制扰动还原罐内的物料。与现有热还原法相比，该发明将原来的“固-固”相反应转变为“固-液”相反应，从而改变了质量传输和热量传输特性，使反应速率及还原率从根本上得到提高。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明的具体实施方式
。实施方式1:(I).反应物料:生铁(含碳量为4.3%wt)500g、碳单质20g、煅白212g、氟化钙22g。(2).将反应物料混合均匀并加入还原炉中，将炉内温度调到1230°C、压力调到IOPa0(3).反应20分钟，获得镁蒸气并冷凝、收集金属镁。(4).清理残渣，回收剩余碳及合金。实施方式2:(I).反应物料有:生铁(含碳量为4.3%wt) 500g、碳单质10g、煅白150g、氟化钙19g、铈IOOg0(2).将反应物料混合均匀并加入还原炉中，将炉内温度调到1200°C、压力调到IOPa0(3).保持相应温度及压强30分钟，获得镁蒸气并冷凝、收集金属镁。(4) 清理残渣，回收剩余碳及合金。实施方式3:(I).反应物料有:生铁(含碳量为3.0%wt)1000g、碳单质100g、煅白500g、氟化钙50g、锡100g、,孟 50g。 (2).将反应物料混合均匀并加入还原炉中，将炉内温度调到1200°C、压力调到IOPa0(3).保持相应温度及压强40分钟，获得镁蒸气并冷凝、收集金属镁。(4).清理残渣，回收剩余碳及合金。实施方式4:(I).反应物料有:生铁(含碳量为3.5%wt)600g、碳单质50g、煅白480g、锡20g、锰10g、铺30g。(2).将反应物料混合均匀并加入还原炉中，将炉内温度调到1200°C、压力调到IOPa0(3).保持相应温度及压强30分钟，获得镁蒸气并冷凝、收集金属镁。(4) 清理残渣，回收剩余碳及合金。
权利要求
1.一种碳热还原制镁方法，反应物料由氧化镁、还原剂和助剂组成，将反应物料置入还原罐中，在压力l-20Pa、温度1000-1250°C下进行热还原反应得到镁蒸气，冷凝镁蒸气得到固态金属镁，其特征是，还原剂为含碳的合金及单质碳的混合物，含碳的合金组成为:碳0.6-8.0%wt、铁92.0-99.4%wt、及锰、锡、铈中的一种或几种，该合金的固相线温度为500-1250°C且不高于热还原反应温度。
2.根据权利要求1所述的碳热还原制镁方法，其特征是，所述的含碳的合金及单质碳的混合物中碳的总量为碳热还原氧化镁反应碳的化学计量点的1-10倍。
3.根据权利要求1所述的碳热还原制镁方法，其特征是，所述的单质碳的量为热还原反应化学计量点的0-8倍。
4.根据权利要求1所述的碳热还原制镁方法，其特征是，反应物料中含碳的合金的体积是其他组分的1-15倍。
5.根据权利要求1所述的碳热还原制镁方法，其特征是，所述的待还原物料为富含氧化镁的煅烧白云石。
6.根据权利要求1所述的碳热还原制镁方法，其特征是，还原反应结束后，还原炉内余留的铁、锡、铈、锰、碳等材料循环进入下一批次的热还原流程。
7.根据权利要求1所述的碳热还原制镁方法，其特征是，热还原过程中强制扰动还原罐内的物料。 ·
全文摘要
一种碳热还原制镁方法，属于金属冶炼领域，工艺步骤为计算并计量待还原物料、还原剂、助剂，其中还原剂为含碳合金及其与单质碳的混合物，待还原物料为煅白或其他富含氧化镁的物质，将反应物混合均匀放入还原罐中，在压力1-20Pa、温度1000-1250℃条件下反应；冷凝镁蒸气得到凝聚态的镁并收集；回收残渣中的金属及单质碳重复利用或另做他用。该方法加热及反应速度快、技术、经济、资源、环境优势明显。
文档编号C22B5/10GK103205583SQ20131016280
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, 胡发平, 张玺, 汪浩, 魏国兵, 彭晓东, 潘佳, 马欣 申请人:重庆大学