一种生产高纯镁的结晶器的制作方法

1.本实用新型涉及金属镁生产设备技术领域，尤其涉及一种生产高纯镁的结晶器。


背景技术：

2.2019年，中国生产了全球90％以上的工业纯镁，其中95％以上是通过皮江法工艺生产的。但是目前生产金属镁企业，2019年其近95％的产品只能达到99.90％的水平，这是中国工业纯镁标准gb/t3499
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2011第二级产品。有害杂质元素种类过多，其含量以无法控制的方式大幅波动，原料中的这些杂质会传递到镁合金中，从而降低镁产品质量。高纯度镁(不低于99.99％)不仅在制造高纯度海绵钛和高性能镁合金中非常关键，而且在基于mg的生物医学器件，各类镁基电池中mg的阳极等领域也应用广泛。一般生产高纯度金属镁，仅通过传统的助熔剂精炼方法，皮江法工艺无法生产出不低于99.99％的高纯度镁。进一步的纯化需要额外的过程，例如重新蒸馏等，这要加大生产成本。皮江法生产的初级镁产品中的主要杂质是fe，si，mn，al，ca等。这些杂质的来源于生产原料。传统的皮江工艺有两个主要步骤，还原和精炼，这是两个可能的杂质来源。皮江法生产的粗镁是在还原炉中从反应物粒料中提取的镁。精制后的镁是通过精炼剂精制商业纯镁。助熔剂精炼将ca的含量从超过2000ppm显着降低到约50ppm，但是将al的含量从超过800ppm降低到了约800ppm，难度很大。对其他杂质(如mn，fe和pb)的精炼效果并不明显，因为助熔剂不会与化学活性比mg低的元素发生相互作用。还有一些其他杂质的含量甚至在精炼后增加，例如镍，铜，锡和硅。这就说明，几乎所有杂质都来自还原步骤的原料，精炼剂精制不能去除所有杂质，甚至会带来一些杂质。因此，如果可以在还原步骤中从镁蒸气中除去杂质，则可以期待更好的精炼效果。
3.镁作为最轻的工程金属材料，具有密度轻、比强度及比刚度高、阻尼性及切削加工性好、导热性好、电磁屏蔽能力强等特点。因此镁合金在汽车工业、手动工具、纺织机械、航天航空、信息产业、医疗器件等领域得到了日益广泛的应用，从而导致持续增长。镁合金已成为21世纪最令人瞩目的绿色环保金属材料。近年来，随着各国对镁应用技术开发力度的加大，镁合金应用消费增长迅速，总体来看，阻碍镁应用发展的两大瓶颈——技术和价格，在二十世纪90年代以来已取得了重大突破，镁合金产品将在很多领域以其独到的性能和价格优势更多地替代铝合金和塑料制品。
4.含镁矿物广泛分布在地壳外部、海水中、盐湖中及地壳中都有丰富的贮藏，我们中国含镁矿物资源丰富，特别是白云石，更是全球储量第一。2019年，中国生产了全球100万吨金属镁的90％，其中95％以上是通过皮江法工艺生产的，所用原料就是白云石。目前我国生产金属镁企业存在两大问题制约发展，一是传统皮江法，污染严重、工人劳动强度大、环境恶劣，已经严重危及到工人身体健康，在今天仍然让工人在这样的环境下工作，实在令人痛心，断续生产、生产成本高、生产效率低；另一大缺点是，产品质量低，主要原因是来自原料中的杂质，混杂在镁蒸气中，结晶在固体镁中。为了解决传统皮江法不足，发明专利201910210971.1是一种连续电加热炼镁方法，实现了过程自动化，连续化，成本降低，生产环境得到极大改善。但生产金属镁质量仍然不能保证达到国家gb/t3499
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2011中的一级标
准。
5.因此，如何提供一种不增加生产成本，产品达到国家一级标准，镁纯度不低于99.99％的生产高纯镁的结晶器是本领域亟需解决的技术问题之一。


技术实现要素：

6.有鉴于此，为解决上述技术问题，本实用新型采取了如下技术方案：
7.一种生产高纯镁的结晶器，包括升降装置、壳体、收集器、镁蒸气过滤器、真空隔离阀、真空系统、炉体、反应室、水冷系统和控制箱；
8.所述壳体中上部固定连接有所述升降装置，所述收集器设置于所述壳体内部，所述收集器外壁与所述壳体内壁相接触，且所述升降装置下端与所述收集器固定连接；所述壳体下端通过一所述真空隔离阀与所述炉体内的所述反应室对接连接，且所述收集器下端亦通过所述真空隔离阀与所述炉体内的所述反应室对接连接；所述真空系统和所述水冷系统分别设置于所述炉体两侧；所述控制箱设置于所述水冷系统一侧；
9.所述镁蒸气过滤器设置于所述收集器内底部。
10.优选地，还包括一加热电阻丝线圈；所述加热电阻丝线圈绕设在所述收集器外壁上。
11.优选地，所述真空系统与所述壳体、所述真空隔离阀连接；所述控制箱与所述真空系统、所述升降装置、所述反应室以及所述真空隔离阀电连接；所述水冷系统分别连接于所述壳体、所述收集器以及所述炉体上。
12.优选地，所述反应室内充斥有含镁矿石物料(含有一定比例还原剂)球团。
13.优选地，所述升降装置由升降油缸、固定座和密封装置组成；所述升降油缸设置于所述固定座中部，且所述升降油缸贯穿所述固定座伸入至所述壳体底部；所述密封装置设置于所述升降油缸下端外侧位于所述固定座内部的位置；
14.所述壳体通过与所述固定座固定连接从而与所述升降装置固定连接；所述收集器与所述升降油缸的下端固定连接。
15.优选地，所述壳体由上盖、真空密封圈、腔体、冷却水道和真空引导接口组成；所述真空密封圈设置于所述上盖与所述腔体连接处；所述冷却水道设置于所述腔体外壁下部；所述真空引导接口设置于所述腔体上部外壁一侧。
16.优选地，所述冷却水道设置为多道。
17.优选地，所述收集器由顶盖、收集罐体和加热保温装置组成；所述顶盖上设有多个孔，所述加热保温装置设置于所述收集罐体下壁。
18.本实用新型相对于现有技术的处理烟气多污染物系统相比，取得了以下技术效果：
19.本实用新型上述装置在镁蒸气进入过滤芯后，能够极佳的将杂质过滤出来，使得镁产品纯度高效提高，且不会增加成本，大大提高了生产效率；且能够使得产品镁的纯度不低于99.99％。
附图说明
20.图1为本实用新型一种生产高纯镁的结晶器的结构示意图；
21.图2为本实用新型一种生产高纯镁的结晶器初始状态下的结构示意图；
22.图3为本实用新型一种生产高纯镁的结晶器的升降装置结构示意图；
23.图4为本实用新型一种生产高纯镁的结晶器的壳体的结构示意图；
24.图5为本实用新型一种生产高纯镁的结晶器的收集器的结构示意图；
25.图中：1、升降装置；101、升降油缸；102、固定座；103、密封装置；2、壳体；201、上盖；202、真空密封圈；203、腔体；204、冷却水道；205、真空引导接口；3、收集器；301、顶盖；302、收集罐体；303、加热保温装置；4、镁蒸气过滤器；5、真空隔离阀；6、真空系统；7、炉体；8、反应室；9、含镁矿石物料球团；10、加热电阻丝；11、水冷系统；12、控制箱。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1
‑
5所示，一种生产高纯镁的结晶器，包括升降装置1、壳体2、收集器3、镁蒸气过滤器4、真空隔离阀5、真空系统6、炉体7、反应室8、2个加热电阻丝10、水冷系统11和控制箱12；
28.所述壳体2中上部固定连接有所述升降装置1，所述收集器3设置于所述壳体2内部，所述收集器3外壁与所述壳体2内壁相接触，且所述升降装置1下端与所述收集器3固定连接；所述壳体2下端通过一所述真空隔离阀5与所述炉体7内的所述反应室8对接连接，且所述收集器3下端亦通过所述真空隔离阀5与所述炉体7内的所述反应室8对接连接；所述真空系统6和所述水冷系统11分别设置于所述炉体7两侧；所述控制箱12设置于所述水冷系统11一侧；所述镁蒸气过滤器4设置于所述收集器3内底部。还包括一加热电阻丝线圈10；所述加热电阻丝线圈10绕设在所述收集器3外壁上。所述真空系统6与所述壳体2、所述真空隔离阀5连接；所述控制箱12与所述真空系统6、所述升降装置1、所述反应室8以及所述真空隔离阀5电连接；所述水冷系统11分别连接于所述壳体2、所述收集器3以及所述炉体7上。
29.所述升降装置1由升降油缸101、固定座102和密封装置103组成；所述升降油缸101设置于所述固定座102中部，且所述升降油缸贯穿所述固定座102伸入至所述壳体2底部；所述密封装置103设置于所述升降油缸101下端外侧位于所述固定座102内部的位置；所述壳体2通过与所述固定座102固定连接从而与所述升降装置1固定连接；所述收集器3与所述升降油缸101的下端固定连接。
30.所述壳体2由上盖201、真空密封圈202、腔体203、冷却水道204和真空引导接口205组成；所述真空密封圈202设置于所述上盖201与所述腔体203连接处；所述冷却水道204设置于所述腔体203外壁下部；所述真空引导接口205设置于所述腔体203上部外壁一侧。所述冷却水道204设置为多道。
31.所述收集器3由顶盖301、收集罐体302和加热保温装置303组成；所述顶盖301上设有多个孔，所述加热保温装置303设置于所述收集罐体302下壁。
32.本实施例中，所述反应室8内装满含镁物料(含有6～8％还原剂)球团9。
33.在一些实施例中，镁蒸气过滤器采用石墨芯、碳纤维芯、玄武岩纤维芯、红柱石纤
维芯和耐热钢纤维芯中的一种或多种。
34.在另外一些实施例中，所述真空系统由真空管道、蝶阀、过滤器、zjp
‑
1200罗茨泵、2台h
‑
150组成；h
‑
150滑阀泵抽气量150升/秒，极限真空度≤6.67
×
10
‑1pa，压升率0.133pa/min。
35.在另外一些实施例中，所述水冷系统由集中供水回水排、硬管水路、水压表、水流传感器、水温传感器组成；总进水管上装有电节点水压表，分水路装有流量报警器；整个水路布置采用软管连接到用水部位，标识清晰。
36.工作过程：
37.如图1
‑
3所示：通过控制箱12开启真空隔离阀5，启动升降装置1，使收集器3通过真空隔离阀5与炉体7内的反应室8对接，启动真空系统6对设备内抽真空至工艺真空度，通过控制箱12开启水冷系统11和加热电阻丝线圈10；含镁物料球团9中的氧化镁在加热后还原剂与其反应，其中镁将变成镁蒸气按图中箭头方向向上流动，通过镁蒸气过滤器4进入收集器3内，收集器3外壁与壳体2内壁相接触，壳体2通过水冷系统11冷却，使收集器3内的镁蒸气结晶成固态，待反应室8内的含镁物料球团9中氧化镁与还原剂反应结束，镁结晶也收集完成，通过升降装置1带动收集器3升起，关闭隔离阀5，收集完成。打开升降装置1与壳体2连接开关，通过升降装置把收集器3从壳体2提出，再打开升降装置1与收集器3连接上盖，通过压镁器将粗镁从收集器3中取出，送精炼炉精炼铸锭，完成提镁整个过程。
38.本实用新型相对于现有技术的处理烟气多污染物系统相比，本实用新型上述装置在镁蒸气进入过滤芯后，能够极佳的将杂质过滤出来，使得镁产品纯度高效提高，且不会增加成本，大大提高了生产效率；且能够使得产品镁的纯度不低于99.99％。
39.以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。