一种催化碳还原炼镁工艺的多层冷凝收集装置

本发明属于镁冶金工艺，尤，其涉及一种催化碳还原炼镁工艺的多层冷凝收集装置。

背景技术：

1、“碳热法炼镁”的方法，与皮江法相比，该法可大幅降低能耗、且产生废渣污染物，不论是传统的皮江法、碳热法镁冶炼技术亦或是催化碳热法炼镁技术，都需要在真空或者相对真空的条件，通过还原反应产生镁蒸气。反应生成的镁蒸气通过冷凝收集系统进行收集。收集的镁经过精炼获得商品镁。

2、中国发明专利cn113774235a“一种间歇式连续提取皮江法炼镁中的结晶”记载了一种冷凝收集液态镁的系统，提供了一种能够提高结晶效率，减少能源消耗；装置生产连续性好，降低劳动强度的间歇式提取皮江法炼镁中的结晶镁的方法及装置。镁蒸气向镁结晶器内不断扩散，镁蒸气遇到多个低温的扇叶片后呈现三维波浪式或“s”型路径行进，并遇冷液化或者结晶在扇叶片上，同时有部分沉积在冷凝包套管的管壁上，尾气穿过扇叶片和扇叶片间的空隙流出，通过使结晶镁在重力和金属杆束的毛细管作用下，沿着扇叶上面预先设置的沟槽向下流动至镁精炼池直接进行精炼，实现镁的结晶和提取一体化以及初炼与精炼一体化。

3、中国发明专利cn212467185u“一种用于镁蒸气的多层真空冷却结晶装置”和cn202010717888.6“一种用于镁蒸气的多层真空冷却结晶装置”中记载了一种镁蒸气的多层真空冷却结晶装置，该装置冷却效率高、无需停机即可自动实现装置中镁晶体的扫落和收集，生产全程为真空环境、产品为高纯度镁，自动化程度高，安全可靠性好，生产效率高。装置中立式双层壳体的特点为双层立式水循环冷却，镁蒸气遇到立式双层壳体的内表面时冷却成镁晶体，立式双层壳体的一侧设置镁蒸气进口，立式双层壳的下部设置带真空阀的镁晶体出口，立式双层壳体的另一侧设置有供水管入口，立式双层壳体的上部设置旋转用变频驱动电机，立式双层壳体的内部设置有内部多层结晶组件，镁蒸气进入内部多层结晶组件后，受内部多层结晶组件冷却变化成晶体。控制机构控制驱动电机动作，驱动电机带动整个扫晶架进行旋转作用，使立式双层壳体的内壁面和多个圆筒形结晶器的内外壁面上的镁晶体得到扫落，并在重力作用下，于立式双层壳体的漏斗状下部收集段富集。达到一定量时，控制机构控制镁晶体出口上的真空阀打开，对镁晶体进行真空接收。

4、目前，针对镁冶炼的冷凝收集装置只能凝结单种类的金属，还不能实现金属镁与其他金属蒸气在一个冷凝收集装置上冷凝与收集；还不能直接产出液态镁直接用于合金熔炼，会增加了二次熔炼能源消耗；生产过程中仍然存在脱镁工序，影响生产效率；冷凝收集装置直接设置在反应器的末端，结构不够紧凑。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明首先提供一种催化碳还原炼镁工艺的多层冷凝收集装置，所述装置包括高温段环形多层冷凝屏、低温段环形多层冷凝屏、钙液箱和镁液箱；所述高温段环形多层冷凝屏和低温段环形多层冷凝屏中奇偶数屏上下交错开孔，形成“n”形路径，所述高温段环形多层冷凝屏通过底部开孔与钙液箱连通，所述低温段环形多层冷凝屏通过底部开孔与镁液箱连通，所述钙液箱和镁液箱分别配备有金属液排出管。

2、进一步地，所述高温段环形多层冷凝屏和所述低温段环形多层冷凝屏采用立式多层的方式环绕于反应器的外侧。

3、进一步地，所述高温段环形多层冷凝屏设置在所述低温段环形多层冷凝屏内侧。

4、进一步地，所述低温段环形多层冷凝屏末端的尾气出口通向真空壳体内，真空壳体与真空泵相连接，以保持反应器和冷凝收集装置的压力。

5、进一步地，所述高温段环形多层冷凝屏具有3-8层冷凝屏；所述低温段环形多层冷凝屏具有3-8层冷凝屏。

6、进一步地，所述钙液箱为环形钙液箱。

7、进一步地，所述镁液箱为环形镁液箱。

8、在又一个方面，本发明提供了一种催化碳还原炼镁工艺的冷凝回收方法，所述方法包括：

9、(a)还原扩散：在设备启用前，将真空壳体抽取真空，或在氩气或氦气状态下将真空壳体完成置换，真空度满足第一阶段的反应压力，启动设备，反应器开始加热，当反应器内达到反应温度，还原反应开始，金属蒸气开始由反应器向高温段环形多层冷凝屏、低温段环形多层冷凝屏不断扩散；

10、(b)镁蒸汽液化收集：低温段环形多层冷凝屏设置t>649℃，镁蒸气在低温段环形多层冷凝屏上液化，镁液沿着冷凝屏落下，通过底部开孔流入镁液箱；

11、(c)钙蒸汽液化收集：第一阶段还原结束后，反应器内继续加热升温，当达到反应温度的条件，反应开始，钙蒸气由反应器向高温段环形多层冷凝屏不断扩散，高温段环形多层冷凝屏设置t>840℃，钙蒸气在高温段环形多层冷凝屏上液化，钙液沿着冷凝屏落下，通过底部开孔流入钙液箱；

12、(d)金属液压出：还原结束后，在反应器内充入非活性气体，以加压的方法把镁液和钙液经金属液排出管压出。

13、进一步地，步骤(b)中，镁蒸汽在高温段环形多层冷凝屏和低温段环形多层冷凝屏内延上下交错开孔的“n”形路径行进。

14、进一步地，步骤(c)中，钙蒸汽在高温段环形多层冷凝屏内延上下交错开孔的“n”形路径行进。

15、进一步地，步骤(d)中，所述非活性气体为氩气或者氮气。

16、技术效果

17、现有冷凝装置只能凝结单种类的金属，不能实现金属镁、钙与其他杂质金属蒸气在不同区域冷凝与收集。本发明的催化碳还原炼镁工艺的多层冷凝收集装置采用多层立式的结构设计，竖直放置且与反应器平行在反应器环形周围，上下开孔，使得金属蒸气沿着“n”形路径行进，且获得较大的冷凝面积。通过控制冷凝屏层数来控制冷凝区温度分布和面积，以达到液化收集的目的，从而实现金属镁、钙与其他杂质金属蒸气在不同区域冷凝与收集。

18、现有冷凝装置不能直接产出液态镁，用于合金熔炼时，增加了二次熔炼能源消耗。而本发明通过设置金属液箱，收集的液态镁、钙或其他金属分别流入镁液箱和钙液箱，达到收集和储存液态金属的功能，可以直接产出液态镁，用于合金熔炼，与传统工艺相比，减少了二次熔炼能源消耗。

19、本发明冷凝装置内置于反应设备内，在还原结束后无需脱镁工序，提高生产效率。

20、传统冷凝收集装置一般设置在反应器的末端，结构不够紧凑，而本发明的冷凝屏采用多层立式的结构且环绕于反应器，起到了隔热作用，减少了外部保温层厚度，使得设备结构紧凑。

技术特征：

1.一种催化碳还原炼镁工艺的多层冷凝收集装置，所述装置包括高温段环形多层冷凝屏、低温段环形多层冷凝屏、钙液箱和镁液箱；所述高温段环形多层冷凝屏和低温段环形多层冷凝屏中奇偶数屏上下交错开孔，形成“n”形路径，所述高温段环形多层冷凝屏通过底部开孔与钙液箱连通，所述低温段环形多层冷凝屏通过底部开孔与镁液箱连通，所述钙液箱和镁液箱分别配备有金属液排出管。

2.如权利要求1所述的多层冷凝收集装置，其中，所述高温段环形多层冷凝屏和所述低温段环形多层冷凝屏采用立式多层的方式环绕于反应器的外侧。

3.如权利要求1所述的多层冷凝收集装置，其中，所述高温段环形多层冷凝屏设置在所述低温段环形多层冷凝屏内侧。

4.如权利要求1所述的多层冷凝收集装置，其中，所述低温段环形多层冷凝屏末端的尾气出口通向真空壳体内，真空壳体与真空泵相连接，以保持反应器和冷凝收集装置的压力。

5.如权利要求1所述的多层冷凝收集装置，其中，所述高温段环形多层冷凝屏具有3-8层冷凝屏；所述低温段环形多层冷凝屏具有3-8层冷凝屏。

6.如权利要求1所述的多层冷凝收集装置，其中，所述钙液箱为环形钙液箱；所述镁液箱为环形镁液箱。

7.一种催化碳还原炼镁工艺的冷凝回收方法，所述方法包括：

8.如权利要求7所述的冷凝回收方法，其中，步骤(b)中，镁蒸汽在高温段环形多层冷凝屏和低温段环形多层冷凝屏内延上下交错开孔的“n”形路径行进。

9.如权利要求7所述的冷凝回收方法，其中，步骤(c)中，钙蒸汽在高温段环形多层冷凝屏内延上下交错开孔的“n”形路径行进。

10.如权利要求7-9中任一项所述的冷凝回收方法，其中，步骤(d)中，所述非活性气体为氩气或者氮气。

技术总结
本发明公开了一种催化碳还原炼镁工艺的多层冷凝收集装置，所述装置包括高温段环形多层冷凝屏、低温段环形多层冷凝屏、钙液箱和镁液箱；所述高温段环形多层冷凝屏和低温段环形多层冷凝屏中奇偶数屏上下交错开孔，形成“N”形路径，所述高温段环形多层冷凝屏通过底部开孔与钙液箱连通，所述低温段环形多层冷凝屏通过底部开孔与镁液箱连通，所述环形钙液箱和环形镁液箱分别配备有金属液排出管。本发明装置可以通过设置多层冷凝屏来控制装置温度分布，从而实现金属镁、钙与其他杂质金属蒸气在不同区域冷凝与收集，在还原结束后无需脱镁工序，提高生产效率，并且设备结构紧凑。

技术研发人员：许记雷,张少军,张伟东,刘金辉,杨沛胥,张泽学,刘刚,李晓峰,唐伟能,胡勇,葛林生
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15