一种碳热还原法生产金属镁用还原剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳热还原法生产金属镁用还原剂及其制备方法，按照质量比由废旧阴极和炭素材料组成；废旧阴极：炭素材料＝1:0～9。所述制备方法包括：将铝电解废旧阴极破碎至3mm以下，按照质量比废旧阴极：炭素材料＝1:0～9的比例混合均匀；将制得的混合物入球磨机进行干磨，制得粒度为100目以下的还原剂粉末。本发明专利技术以铝电解废旧阴极替代部分无烟煤、焦炭或石油焦，减少了这些不可再生资源的消耗，降低了还原剂成本；还原剂中含有氟化钠、氟化钙和冰晶石等氟化物，作为还原剂进行碳热还原制备金属镁时，不需要另外添加催化剂，节约了成本；还原剂中含有一定量的金属铝，其具有较强的还原活性，可以降低碳热还原所需温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色金属冶炼领域
，尤其涉及一种碳热还原法生产金属镁用还原剂及其制备方法。
技术介绍
目前，我国金属镁产量已突破80万吨/年，而全世界金属镁的需求量为60万吨/年，明显供过于求。同行之间激烈的价格竞争，使许多金属镁企业走入了发展的困境，而实现技术升级，降低生产成本是使有关企业走出困境的关键。金属镁的生产方法包括电解法和热还原法，其中热还原法在我国占有重要地位。热还原法生产金属镁可用的还原剂包括三类：金属(硅、铝、钙、锰、锂等)、碳以及碳化物。目前工业上主要是采用硅铁作为还原剂，还原煅烧白云石生产金属镁，即皮江法。用皮江法生产一吨金属镁，还原剂硅铁成本占总成本的比例高达45％左右，因此，一种还原效果好、成本低廉的还原剂是降低热还原法生产金属镁成本的关键。碳素类还原剂与硅铁相比，成本低廉，因此，从上世纪至今，碳热还原炼镁的研究从未中断。目前研究的进展是，真空条件下，以CaF2、NaF、MgF2等氟化物为催化剂，用含碳还原剂(如无烟煤、焦炭、石油焦等)还原含镁氧化物制备金属镁。有关还原剂的问题在于：①无烟煤、焦炭、石油焦等均属于不可再生资源，随着其消耗量增加、储量的减少，价格势必有上涨的趋势，且不利于可持续发展；②还原过程需要添加价格较高的CaF2等氟化物作为催化剂；③还原剂活性还有待进一步增强，从而降低还原温度。对于煤炭、焦炭、石油焦等碳素还原剂的廉价替代品，目前国内外还处于技术空白。综上所述，现有的碳热还原炼镁技术存在可再生资源消耗量大，成本较高，还原剂活性低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳热还原法生产金属镁用还原剂及其制备方法，旨在解决现有的碳热还原炼镁技术存在可再生资源消耗量大，成本较高，还原剂活性低的问题。本专利技术是这样实现的，一种碳热还原法生产金属镁用还原剂，所述碳热还原法生产金属镁用还原剂按照质量比由废旧阴极和炭素材料组成；废旧阴极：炭素材料＝1:0～9。本专利技术的另一目的在于提供一种所述碳热还原法生产金属镁用还原剂的制备方法，所述碳热还原法生产金属镁用还原剂的制备方法包括以下步骤：步骤一，将铝电解废旧阴极破碎至3mm以下，按照质量比废旧阴极：炭素材料＝1:0～9的比例混合均匀；步骤二，将制得的混合物入球磨机进行干磨，制得粒度为100目以下的还原剂粉末。进一步，所述炭素材料为无烟煤、焦炭、石油焦或铝电解废旧阴极浮选碳精粉等炭素材料中的一种或几种的混合物。进一步，混合后使混合物中含碳量≥75wt％。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述碳热还原法生产金属镁用还原剂的有色金属冶炼方法。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述碳热还原法生产金属镁用还原剂的金属镁冶炼方法。本专利技术提供的碳热还原法生产金属镁用还原剂及其制备方法，铝电解废旧阴极是铝电解槽大修产生的一种固体废弃物，因其中可溶氟、氰化物等水溶性有毒物质超过GB5085.3-2007的规定，被定义为有毒固体废弃物，有关企业必须要对其进行无害化处理，其每吨处理成本为120～160美元，给电解铝企业带来了沉重的负担。废旧阴极中含有大量的碳，可以作为还原剂的替代品，其中的氟化物如氟化钠、氟化钙和冰晶石，可以作为碳热还原制备金属镁的催化剂，其中的金属铝具有较高的还原活性，有助于还原反应的进行，可以降低还原温度。因此，用废旧阴极替代部分还原剂既可以减轻电解铝厂的负担，又可以降低碳热还原制备金属镁的成本。能够缓解煤炭、焦炭及石油焦等资源日益枯竭的问题，解决了碳热还原法需要另外添加氟化物作为催化剂的问题，同时可以降低碳热还原法制备金属镁的反应温度。本专利技术还原剂的制备工艺简单，成本低廉，产品质量稳定，便于推广。本专利技术以铝电解废旧阴极替代部分无烟煤、焦炭或石油焦，减少了这些不可再生资源10％～100％的消耗，降低了还原剂成本；还原剂中含有氟化钠、氟化钙和冰晶石等氟化物，作为还原剂进行碳热还原制备金属镁时，不需要另外添加氟化钙、氟化钠、氟化镁等催化剂，节约碳热还原制镁成本10％左右；还原剂中含有一定量的金属铝，其具有较强的还原活性，可以将碳热还原所需温度降低至1200℃及以下。附图说明图1是本专利技术实施例提供的碳热还原法生产金属镁用还原剂的制备方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。本专利技术实施例提供的碳热还原法生产金属镁用还原剂按照质量比由废旧阴极和炭素材料组成；废旧阴极：炭素材料＝1:0～9。如图1所示，本专利技术实施例提供的碳热还原法生产金属镁用还原剂的制备方法包括以下步骤：S101：将铝电解废旧阴极破碎至3mm以下，与无烟煤、焦炭、石油焦或铝电解废旧阴极浮选碳精粉等炭素材料中的一种或几种，按照质量比废旧阴极：炭素材料＝1:0～9的比例混合均匀；S102：将制得的混合物入球磨机进行干磨，制得粒度为100目以下的还原剂粉末。所述步骤S101中铝电解废旧阴极主要成分为碳、氟化钠、冰晶石、氟化钙、氧化铝、金属铝等，另外还含有少量硅酸盐、铁的化合物。其含碳量为35～75wt％，氟化钠、冰晶石、氟化钙等氟化物总含量15～35wt％，氧化铝含量5～15wt％，金属铝含量2～10wt％，其他成分3～5％。所述步骤S101中废旧阴极与无烟煤、焦炭、石油焦或铝电解废旧阴极浮选碳精粉等炭素材料中的一种或几种按一定质量比混合后，使混合物中含碳量≥75wt％，从而确保还原剂具有良好的还原性。所述步骤S102对混合物料进行球磨的目的是①使废旧阴极成分与炭素材料混合均匀；②使还原剂磨细至100目以下，磨得过粗不利于还原剂与含镁矿石的接触，磨得过细则浪费能源、加剧球磨机的磨损。下面结合具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步的描述。实施例1：(1)将含碳量为60％的铝电解废旧阴极破碎至3mm以下，与含碳量为90％的废旧阴极浮选碳精粉按照质量比废旧阴极：浮选碳精粉＝1:2的比例混合，得到含碳量为80％的混合料；(2)将混合料入球磨机，制成-100目的粉末，作为还原剂备用；(3)将MgO质量分数≥95％的氧化镁破碎为1-3mm，与上述还原剂按照摩尔比C:MgO＝3:1进行混合，压制成直径10-30mm的球团，入真空炉，控制真空度5～10Pa，升温至1100℃，反应30分钟，冷凝温度为650℃，得到块状金属镁，纯度为92％，还原度达85％。实施例2：(1)将含碳量为50％的铝电解废旧阴极破碎至3mm以下，与含碳量为85％的焦炭按照质量比废旧阴极：焦炭＝1:3的比例混合，得到含碳量为76.3％的混合料；(2)将混合料入球磨机，制成-100目的粉末，作为还原剂备用；(3)将MgO质量分数为38％的煅白与上述还原剂按照摩尔比C:MgO＝2.5:1进行混合，压制成直径10-30mm的球团，入真空炉，控制真空度5～10Pa，升温至1200℃，反应50分钟，冷凝温度为650℃，得到块状金属镁，纯度为91％，还原度达83％。实施例3：(1)将含碳量为70％的铝电解废旧阴极破碎至3mm以下，与含碳量为80％的无烟煤按照质量比废旧阴极：焦炭＝1:1的比例混合，得到含碳量为75％的混合料；(2)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳热还原法生产金属镁用还原剂，其特征在于，所述碳热还原法生产金属镁用还原剂按照质量比由废旧阴极和炭素材料组成；废旧阴极：炭素材料＝1:0～9。

【技术特征摘要】
1.一种碳热还原法生产金属镁用还原剂，其特征在于，所述碳热还原法生产金属镁用还原剂按照质量比由废旧阴极和炭素材料组成；废旧阴极：炭素材料＝1:0～9。2.一种如权利要求1所述碳热还原法生产金属镁用还原剂的制备方法，其特征在于，所述碳热还原法生产金属镁用还原剂的制备方法包括以下步骤：步骤一，将铝电解废旧阴极破碎至3mm以下，按照质量比废旧阴极：炭素材料＝1:0～9的比例混合均匀；步骤二，将制得的混合物入球磨机进行干磨，制得粒度为100...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，姜艳，易中周，单科，肖瑞敏，李自静，
申请(专利权)人：红河学院，
类型：发明
国别省市：云南;53