本发明专利技术涉及气相化合物或气相元素(尤其是通过还原过程得到的金属如镁)的冷凝。所述还原过程包括金属热还原过程和碳热还原过程。本发明专利技术提供了一种冷凝金属蒸汽的方法，该方法包括：提供含有所述蒸汽的气流；通过喷嘴使所述气流进入冷凝室，所述喷嘴具有上游收缩的结构和下游分散的结构，从而使所述金属蒸汽加速进入所述喷嘴，并在离开所述喷嘴时膨胀和冷却，由此导致所述蒸汽冷凝，在冷凝室内形成液滴束或固体颗粒束，其中，使所述液滴束或颗粒束直接撞击到液体收集介质表面上。本发明专利技术还提供了用于实施所述方法的设备。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及气相化合物或气相元素(尤其是通过还原过程得到的金属如镁)的冷凝。所述还原过程包括金属热还原过程(metallothermic process)和碳热还原过程 (carbothermic process) 0具体的，本专利技术涉及通过使用膨胀喷嘴来冷凝和收集金属蒸汽及其他蒸汽的方法和设备。
技术介绍
从镁矿石中提取镁的科学技术研究已经超过一百年了。镁金属提取引起了特别的兴趣和努力，这是因为这种金属作为铝和其他金属中的重要合金元素的材料性质。此外，最近几年，镁作为轻便且坚固的结构材料(特别在汽车工业中)变得重要起来。所述提取方法有以下两种，即，无水熔融盐的电解还原，或者涉及使用碳或金属还原剂使金属的氧化物或碳酸盐还原的火法冶炼(pyro-metallurgical)途径。大体上在金属镁的生产中主要的技术问题不仅涉及由于金属固有的强负电极电位而需要连续输入高能量。对于火法冶炼途径，还需要高的反应温度来启动并保持所述还原过程，然而所述反应温度可通过恰当选择熔炉类型来获得。在所述火法冶炼途径中，还原剂有两种类别碳(在碳热还原中)和某些金属(在金属热还原中)。在高温状态下将出现以下两种情况，还原金属将以气态形式出现，在金属热还原过程中单独出现，或者在碳热还原过程中与一氧化碳一起出现。典型的还原剂是固态、液态或气态形式的其他金属、碳、 碳氢化合物或其他有机衍生物以及氢。当所述还原金属在高温下与氧化物形式的还原剂共存时，在很快冷却到熔点以下的情况下，所述还原金属只有在低温下能够以金属的形式保持稳定。冷却含有金属形式的还原气体和氧化物形式的还原剂的热气体存在的固有问题是气体混合物在冷却时发生逆向反应(逆反应)，使得产生的产物会整体或部分恢复为金属氧化物和元素还原剂(elemental reductant)。例如，如果用碳作为还原剂，主要的还原反应为C (s) +MgO (s) — CO (g) +Mg (g)方程式这个反应根据气体的总压的不同可以在1600-1900°C的温度范围内顺利进行；通过排空或通过另外加入适当热的惰性气体来降低所述气体的压力，可使反应在温度范围的低端也有效。在气体冷却时，如下反应将整体或部分发生CO (g) +Mg (g) — C (s) +MgO (S)方程式由于任何化学反应都需要时间，因此这种冶炼过程的冷凝系统依靠快速或“瞬间” 冷却使得逆反应减少到最低限度。本领域中具有几种已知的实现气体快速冷却的方法；但是，本专利技术优选使用如后附图6中示出的被称为拉瓦尔绝热喷嘴(de Lavalle adiabatic nozzle)的设备。如图6所示，使热反应的反应气体穿过喷嘴，如下表1所示，能够实现快速冷却。随着所述气体穿过所述喷嘴，将所述气体加速至音速。如本领域公知的，气体的温度从反应温度降至由贯穿所述喷嘴的压力差以及所述喷嘴的几何构造确定的温度。各种长度喷嘴的冷却停留时间如表1第三列所示。表1 在不同长度的喷嘴中气体的停留时间权利要求1.一种冷凝蒸汽材料的方法，该方法包括提供含有蒸汽的气流，使所述气流通过喷嘴，所述喷嘴具有上游收缩的结构和下游发散的结构，从而使所述蒸汽加速进入所述喷嘴，并在离开所述喷嘴时膨胀和冷却，由此导致所述蒸汽冷凝，在冷凝室内形成液滴束或固体颗粒束，其中，所述液滴束或颗粒束直接撞击到液体收集介质的表面上。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述收集介质保持在所述冷凝蒸汽材料的熔点以上的温度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述收集介质为熔融浴。4.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，所述收集介质含有盐熔剂，所述盐熔剂的比重低于所述冷凝蒸汽的比重。5.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，所述液体收集介质含有分布于第二液体上的第一液体的薄层，所述层足够薄，以至于所述层会被冷凝的液滴或颗粒的撞击破坏至这样的程度对应撞击区域的所述层的部分暴露所述第二液体的表面，使得所述冷凝的颗粒或液滴能够直接进入并吸收于位于下方的第二液体中，其中，所述薄层仍然作为保护层覆盖在所述第二液体表面的剩余部分。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一液体含有盐熔剂。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述第二液体含有液体冷凝蒸汽材料。8.根据权利要求5-7中任意一项所述的方法，其中，所述第二液体为熔融金属。9.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，所述收集介质含有液体的移动层。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述移动层为在重力作用下下落的液体流。11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述移动层由收集介质储存器的溢流凸缘区域提供。12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中，所述喷嘴水平地或基本水平地朝向液体收集介质的所述层。13.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，所述喷嘴具有横向伸长的中间收缩区域，由此提供一般的平面或楔形输出的冷凝的液滴束或颗粒束。14.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，所述收集介质设置为液体的圆周循环浴。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述液体通过机械工具如搅拌器来循环。16.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，除了待冷凝的蒸汽以外，所述气流还含有反应气体和/或非活性载气。17.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，在离开所述喷嘴时，所述冷凝的液滴或颗粒形成第一锥体，所述反应气体和/或载气形成至少一个另外的锥体，所述第一锥体容纳在第二锥体的内部，其中，围绕所述第一锥体且基本上在所述另外的锥体的内部提供挡板工具，由此提供有助于将所述载气和其他剩余气体物质与所述液滴或颗粒分离的物理屏障，所述液滴或颗粒穿过所述挡板进入所述收集介质中。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述挡板工具包括轴向伸长的管道，该管道的壁提供所述第一锥体的分离。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述挡板工具由肩部环绕，所述肩部覆盖至少部分或全部的收集介质的剩余表面。20.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，所述液滴束或颗粒束以相对于所述介质表面的斜角撞击在所述收集介质上。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述收集介质设置为圆周循环熔融浴。22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述浴循环导致在所述浴的上表面上形成倒置的同轴离心锥体，所述锥体提供斜面以接收所述液滴束或颗粒束。23.根据权利要求20-22中任意一项所述的方法，其中，所述倾斜束撞击在与所述浴的中央旋转轴径向间隔开的位置处的所述收集介质上，从而协助或引起熔融浴的环流。24.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，将所述束中的金属液滴在撞击所述收集介质之前冷却至形成固体颗粒。25.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，冷却所述收集介质以防止来自所述束的液态金属汽化。26.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，所述收集介质含有比所述冷凝的液体材料的比重更低的液体，所述冷凝的液体材料连续或间歇地从所述收集介质储存器中放出，并且不经过中间凝固就直接进入铸造阶段或合金化阶段或其他形成阶段。27.根据以上任意一项权利要求中所述的方法，其中，所述待冷凝的蒸汽材料为镁，或者含有镁。28.—种冷凝蒸汽如金属的设备，该设备本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：J·S·弗雷德里克森，P·沙克斯比，JR·布尔，R·R·欧德莱，
申请(专利权)人：镁硅有限公司，
类型：发明
国别省市：
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