一种真空环流熔态硅热法炼镁的方法及其设备技术

本发明专利技术公开了一种真空环流熔态硅热法炼镁的方法及其设备，所述方法步骤包括：使温度为１３５０～１６００℃、含硅量为３０％～６５％的熔融液态硅铁以及混合在其中的含有氧化镁的镁矿粉以环形流动的方式周期性地通过真空度为３５０Ｐａ至１００００Ｐａ的容器；所述镁矿粉中氧化镁被上述熔融液态硅铁中的硅还原生成镁蒸气；将镁蒸气冷凝为液态镁并收集。所述设备包括真空容器、加热容器、镁矿粉投放装置及镁蒸气收集装置，所述真空容器底端分别伸出上升浸渍管和下降浸渍管，且上升浸渍管与下降浸渍管的下管口均浸没于加热容器所盛放的熔融液态硅铁中，所述上升浸渍管的管壁还连通有氩气吹管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种炼镁的方法及其设备，尤其涉及一种真空环流熔态硅热法炼镁的 方法及其设备。
技术介绍
镁及镁合金具有质量轻，比强度高，导热性能好，易于回收，对环境污染小等优点， 在汽车等交通工具制造、机械电子、航空航天、国防军工等领域具有重要的应用价值，被誉 为“21世纪的绿色环保材料”。金属镁的工业化生产一般有两种工艺一类是电解法；另一类是真空热还原法， 该方法一般采用硅铁为还原剂，普遍采用的是横罐外加热周期还原工艺，又称皮江法。电解法炼镁由于产生氯气，伴随有无法克服的环保问题，故近年来已经逐渐让位 于皮江法。我国原镁产量已经占到全球约80%的份额，几乎全部采用皮江法生产。所谓皮江法，是由加拿大著名冶金学家L. M. Pidgeon在1942年完善的炼镁方法， 并以他的名字命名的工艺，沿用至今且没有根本性的改进。该工艺如图1所示，是将含硅 75%的硅铁和含氧化镁煅白粉混合成固相接触方式，置于耐热钢制成的横罐内，罐外采用 火焰加热，促进横罐内物料进行化学反应，物料反应温度约为1150 1250°C，真空度一般 小于20Pa。现有的皮江法炼镁具有如下缺点1.反应物硅铁和煅白以固相接触方式进行化学反应，反应速率慢，典型的工艺过 程中还原反应周期长达10 12小时，效率低下；2.采用火焰外部加热，热量由反应器外部逐逐渐传导到内部，周期长，热能损失 大，热能利用率低，专业分析认为典型工艺的热能利用率只有20%左右；3.由于外部加热的方式限制了反应器容积，典型的横罐内径在400毫米以内，一 次装料量小，单罐一次产出原镁只有20 30公斤，占地面积大，现场管理难度大，不易实现 大规模生产和机械化作业；4.采用含硅元素75%硅铁为还原剂，一般吨镁硅铁消耗为1. 05 1. 20吨，即硅 浪费45 100%，同时所有铁元素都浪费了 ；5.还原出来的镁蒸气在高真空度下直接冷凝成固态结晶镁，没有流动的便利，收 集释放困难。6.横罐一般采用含有镍、铬的昂贵的耐热钢，消耗很快，成本高；7.烟尘污染严重，劳动环境恶劣，对周围生态环境负面影响大；8.需要人工装料、扒渣、清理结晶镁，劳动强度大。已授权和公开的一批专利技术和技术专利技术，针对皮江法炼镁工艺的上述不足 提出了改进的方法，主要是变火焰加热为清洁能源的电能加热，具体热源有电阻片加热、炉 料电阻加热、感应加热等，再一个改进就是变外部加热为内部加热。由于上述专利技术和技术专利并不涉及反应物硅铁的固体形态，所以没有使得镁的还原反应效率有本质上的提升。为此，有人提出了内热炼镁的工艺，如中国专利95100495. 6公开了一种内热炼 镁的技术，其中通过将煅烧过的白云石、铝钒土以及含硅75%以上的硅铁装入电炉，在 0. OlPa的真空条件下，由熔渣电阻发热，硅热还原氧化镁炼制镁。然而，这种唯一可能涉及到液态反应的95100495. 6 “电炉热装料硅热还原真空炼 镁新工艺”也只是在装入固态炉料后，随着温度的升高，炉料会呈熔融态，反应初始阶段仍 然是固相接触方式。但该专利描述的反应系统由于高真空度，无法以液态镁形式回收镁蒸 气，会导致镁蒸气直接冷凝成固态结晶镁，堵塞真空系统。另外，该工艺无法实现连续生产。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的弊端，公开了一种全新的真空环流熔态硅热法炼镁的方法 及其设备。本专利技术的一个目的在于提供一种能够实现连续或半连续生产金属镁的方法和设 备，从而可以提高镁生产效率；本专利技术的另一个目的在于缩短金属镁还原周期，提高金属镁的产能；本专利技术的又一个目的在于提高热能利用率；本专利技术的又一个目的在于不再采用耐热钢制成的还原罐；本专利技术的又一个目的在于摆脱还原罐内径的限制，实现反应器的大型化；本专利技术的又一个目的在于充分利用硅铁中的硅和铁两种元素，通过连续生产以及 生产含硅和铁两种元素的合金为副产品，实现硅和铁元素的综合利用；本专利技术的又一个目的在于以液态方式冷凝并收集所获得的镁蒸气，易于控制镁产 品的流动方向，便于收集和释放镁产品；本专利技术的又一个目的在于减少烟尘污染，有利于环保。本专利技术所述的真空环流熔态硅热法炼镁的方法，步骤包括步骤一，在加热容器中将硅铁加热至熔融状态，保持温度在1350 1600°C ；步骤二，使熔融液态硅铁与混合在其中的含有氧化镁的镁矿粉以环形流动的方式 周期性地通过与上述加热容器分离的真空容器，真空度为350 lOOOOPa，所述镁矿粉中氧 化镁被上述熔融液态硅铁中的硅还原生成镁蒸气；步骤三，将步骤二中得到的镁蒸气冷凝成液态并收集。本专利技术所述炼镁的方法的步骤二中，熔融液态硅铁在真空抽吸作用和充入惰性气 体受热膨胀的驱动力的作用下，形成环形流动，周期性地通过真空容器。本专利技术所述炼镁的方法的步骤二中，镁矿粉喷入环形流动的熔融液态硅铁内，并 随着熔融液态硅铁环形流动，在处于真空容器中时，与硅铁液发生化学反应，生成镁蒸气， 升入真空容器上方。本专利技术所述炼镁的方法的步骤三中，所述镁蒸气被冷却至650°C 700°C的温度 且被液态镁滴所捕集，由此冷凝为液态镁而被收集。本专利技术所述炼镁的方法中，所述加热容器中的熔融液态硅铁中硅的质量百分含量 大于30%而小于65%。炼镁过程中，定期向所述加热容器中添加含硅质量百分数高于加热 容器中熔融液态硅铁的固态或熔融硅铁合金或工业硅，以补充被消耗的硅元素，提高加热容器中硅铁含硅量，使得炼镁过程连续进行。本专利技术所述炼镁的方法中，炼镁过程停止后，向所述加热容器中的熔融液态硅铁中添加工业硅、工业纯铁、铁合金中的一种或几种，以调节熔融液态硅铁的化学成分，生产 至少含有硅和铁两种元素的合金，作为炼镁副产品。本专利技术所述炼镁的方法中，炼镁过程中，定期从加热容器中排出液态废渣。本专利技术还提供一种真空环流熔态硅热法炼镁的设备，包括加热容器，其中容纳有熔融液态硅铁；真空容器，其下端所连通的浸渍管道下端口插入到所述加热容器盛放的液态硅铁 液面以下；吹气装置，其与所述浸渍管路连通，并能够向浸渍管道中吹入惰性气体。本专利技术所述炼镁的设备中，所述真空容器设置在加热容器的上方，所述浸渍管道 位于真空容器的下侧，并与所述真空容器连通，所述浸渍管道插入到所述加热容器中，当所 述浸渍管道下端口浸没入所述加热容器中的液态物质液面以下时，所述真空容器及其浸渍 管道的内部空间即与大气隔绝，形成封闭的空间，在真空抽气作用下成为真空容器，并抽吸 所述加热容器中液态物质上升到所述浸渍管道和所述真空容器内。本专利技术所述炼镁的设备中，所述浸渍管道具有至少两个歧管，所述吹气装置的吹 口在第一歧管的下方或侧方，能够向第一歧管内吹入惰性气体，使硅铁液在第一歧管内上 升至所述真空容器，而从第二歧管内下降，回流至所述加热容器。本专利技术所述炼镁的设备中，所述真空容器上设置有冷凝器，所述冷凝器与真空容 器连通，抽真空设备通过冷凝器对所述真空容器抽真空，使镁蒸气冷却为液态并落入冷凝 器下方的液态镁储存装置中。本专利技术所述炼镁的设备中，所述浸渍管道具有三个歧管，其中一个歧管中通入氩 气，使硅铁液在该歧管中上升至所述真空容器，而从另外两个歧管下降，回流至所述加热容 器中。本专利技术所述炼镁的设备中，所述镁蒸气收集装置中设有冷却构件和镁液喷淋构 件，用于冷却所收集到的镁蒸气，并通过喷淋镁液而使所收集到的镁蒸气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空环流熔态硅热法炼镁的方法，其特征在于，步骤包括：　　步骤一，在加热容器中将硅铁加热至熔融状态，维持１３５０～１６００℃的温度；　　步骤二，使熔融液态硅铁与混合在其中含有氧化镁的镁矿粉以环形流动的方式周期性地通过与上述加热容器分离的真空容器，真空度维持在３５０Ｐａ至１００００Ｐａ之间，所述镁矿粉被上述熔融液态硅铁还原生成镁蒸气；　　步骤三，将步骤二中得到的镁蒸气冷凝成液态并收集。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛强，储少军，
申请(专利权)人：牛强，
类型：发明
国别省市：11