專利名稱：一種以鎂硅合金為還原劑的真空煉鎂方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冶金領域，特別涉及ー種以鎂硅合金為還原劑的真空煉鎂方法。
背景技術：
目前エ業(yè)上生產(chǎn)金屬鎂的方法主要有兩種ー種是以氯化物為原料的熔鹽電解法，另ー種是以硅鐵合金為還原劑的真空金屬熱還原法。金屬熱還原法由于エ藝簡單，投資小，成本低且無腐蝕性氣體產(chǎn)生，在逐漸地取代熔鹽電解法。近年來，學者們對真空金屬熱還原法進行了深入地研究，其中“ー種以菱鎂石和白云石混合礦物為原料的真空熱還原法煉鎂技木”(馮乃祥，王耀武，《中國有色金屬學報》
2011年10期)，以及申請?zhí)枮?01210059438的中國專利“一種以硅鈣粉為還原劑的真空煉鎂方法”相繼公開了分別以鋁粉和硅鈣合金為還原劑的真空煉鎂方法，這些方法的核心內(nèi)容是為了降低真空熱還原法的料鎂比和采用新的還原劑以最大限度地提高金屬鎂的單爐產(chǎn)量，降低能耗和生產(chǎn)成本。這其中，“一種以硅鈣粉為還原劑的真空煉鎂方法”公開的技術方案在理論計算上料鎂比達到3. 4，且還原劑價格相對便宜，盡管這種方法與硅熱法相比可以達到較低的料鎂比，但生產(chǎn)ー噸金屬鎂，在鎂還原率達到100%的情況下，需要3. 4噸的原料。而實際生產(chǎn)時，鎂的還原率可能在80%左右，還原劑的過量系數(shù)至少要在5%以上，盡管其最佳的料鎂比能達到3. 4:1，但是其實際的料鎂比可能超過4. O: I。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供ー種以鎂硅合金為還原劑的真空煉鎂方法，是以白云石或以菱鎂石和石灰石的混合物經(jīng)煅燒后所形成的CaO · MgO或CaO和MgO混合物為原料的真空熱還原法生產(chǎn)金屬鎂，目的在于最大限度地降低真空熱還原煉鎂的料鎂比，從而達到最大限度地提高鎂冶煉生產(chǎn)的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)效率，此外，該方法特別適用于以白云石礦為原料的采用金屬熱還原法生產(chǎn)金屬鎂的冶煉企業(yè)使用。ー種以鎂硅合金為還原劑的真空煉鎂方法，按照以下步驟進行
(O原料煅燒以白云石，或者菱鎂石與石灰石的混合物為原料，將白云石煅燒到1000-1300°C，細磨成粒度< I. Omm的粉末，或者分別將菱鎂石煅燒到800-1000°C，將石灰石煅燒到1000-1300°C，然后細磨成粒度< I. Omm的粉末后混合，控制白云石中CaCO3和MgCO3摩爾比為I :1，菱鎂石與石灰石的混合物中MgO和CaO的摩爾比等于1:1;
(2)配料將煅燒且磨細后粉末原料與粒度< I. Omm的硅鎂合金粉還原劑按化學反應方程式(I)進行配料，還原劑的配入量按化學反應方程式(I)理論配料量的I. 01-1. 20倍;
2 (1-x) CaO + 2 (l-x)MgO + MgxSi (1_x) = (2_x)Mg + (l_x) [2Ca0 · SiO2](I)；
式中x是所述的硅鎂合金中Mg的重量百分比，且O < X < 3/4 ;
(3)制團將上述配料混合均勻后，在40-300MPa的壓カ下壓制成團塊料或球団料；
(4)還原將團塊料或球団料置于真空反應器中，在1000-1300°C的溫度和真空度< SOPa的真空條件下進行還原，還原物料中的氧化鎂被鎂硅還原劑還原生成的鎂形成蒸氣，在真空反應器上部的結晶器上結晶成金屬鎂，還原反應后剩余的渣料，其主要成分為2CaO · SiO2，如真空還原反應方程式(I)所示。其中，步驟(I)中控制白云石中CaCO3和 MgCO3摩爾比為I :1的方法是當白云石原料中的CaCO3和MgCO3摩爾比小于I吋，加入石灰石或煅燒后成分為CaO的礦石或化合物，當白云石原料中CaCO3和MgCO3摩爾比大于I時，加入菱鎂石、水鎂石或煅燒后化學成分為MgO的礦石或化合物。控制菱鎂石與石灰石的混合物中MgO和CaO的摩爾比等于I : I的方法是調(diào)節(jié)菱鎂石與石灰石的混合重量比。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的特點和有益效果是
本發(fā)明方法是以MgxSi(1_x)合金為還原劑，對原料進行真空熱還原，發(fā)生的反應方程式是2(l-x)Ca0 + 2 (1-x) MgO + MgxSi (1_x) = (2_x)Mg + (l_x) [2Ca0 · SiO2]，由還原反應方程式(I)可以看出
(1)當x=2/3吋，還原劑MgxSi(1_x)可以寫成Mg2Si,此Mg2Si為Mg-Si ニ元合金相圖中Mg與Si所形成的較為穩(wěn)定的金屬化合物，此時的鎂硅合金真空熱還原制取金屬鎂的反應可寫為
2Ca0 + 2Mg0 + Mg2Si= 4Mg + 2Ca0 · SiO2(2)；
(2)當x=l/2時,還原劑MgxSi(1_x)可以寫成MgSi,此時的鎂娃合金真空熱還原制取金屬鎂的反應可寫為
2Ca0 + 2Mg0 + MgSi= 3Mg + 2Ca0 · SiO2(3)；
由真空還原反應式(I) (2) (3)可以看出，當MgxSi(1_x)合金中O < X < 3/4時，
本發(fā)明的上述以鎂硅合金為還原劑的真空金屬熱還原煉鎂的方法與傳統(tǒng)的皮江法相比，可以使生產(chǎn)鎂的能耗大大降低，料鎂比也大為降低，生產(chǎn)效率得到大幅度提高。
具體實施例方式下面將通過以下實施例來描述本發(fā)明的新的煉鎂方法，本發(fā)明不局限與這些實施例，本發(fā)明除下述實施例外，還可根據(jù)MgxSi(1_x)合金的化學成分加以調(diào)整和實施。本發(fā)明實施例中所采用的MgxSi(1_x)合金在使用前均需磨細至其粒度為I. Omm以下，煅燒后的白云石或石灰石，菱鎂石、水鎂石等均需磨細至其粒度為I. Omm以下。實施例I
(O原料煅燒以CaCO3和MgCO3摩爾比為I :1的白云石為原料，將白云石煅燒到1100°C，細磨成粒度< I. Omm的粉末；
(2)配料將煅燒且磨細后的粉末原料與粒度<I. Omm的硅鎂合金粉還原劑按化學反應方程式(2)，且還原劑Mg2Si過量10%的配料比進行配料；
(3)制團將上述配料混合均勻后，在40MPa的壓カ下壓制成團塊料；
(4)還原將團塊料或球団料置于真空反應器中，在1000°C的溫度和真空度<80Pa的真空條件下進行還原，反應生成的金屬鎂以氣態(tài)形式進入鎂結晶器。在這里氣態(tài)的金屬鎂在結晶器的結晶器壁上生成固態(tài)的結晶鎂。真空還原反應后生成殘渣其主要成分為2Ca0 · SiO2，留在反應器內(nèi)。
實施例2
(O原料煅燒以CaCO3和1%0)3摩爾比為I :1的白云石為原料，將白云石煅燒到1000°C，細磨成粒度< I. Omm的粉末；
(2)配料將煅燒且磨細后的粉末原料與粒度<I. Omm的硅鎂合金粉還原劑按化學反應方程式(2)，且還原劑MgSi過量1%的配料比進行配料；
(3)制團將上述配料混合均勻后，在140MPa的壓力下壓制成球團料；
(4)還原將團塊料或球團料置于真空反應器中，在1000°C的溫度和真空度<80Pa的真空條件下進行還原，反應生成的金屬鎂以氣態(tài)形式進入鎂結晶器。在這里氣態(tài)的金屬鎂在結晶器的結晶器壁上生成固態(tài)的結晶鎂。真空還原反應后生成殘渣其主要成分為 2Ca0 · SiO2，留在反應器內(nèi)。實施例3
(O原料煅燒以CaCO3和1%0)3摩爾比為I :1的白云石為原料，將白云石煅燒到1300°C，細磨成粒度< I. Omm的粉末；
(2)配料將煅燒且磨細后的粉末原料與粒度<I. Omm的硅鎂合金粉還原劑按化學反應方程式(2)，且還原劑Mg3Si2過量20%的配料比進行配料；
(3)制團將上述配料混合均勻后，在300MPa的壓力下壓制成團塊料；
(4)還原將團塊料或球團料置于真空反應器中，在1200°C的溫度和真空度<80Pa的真空條件下進行還原，反應生成的金屬鎂以氣態(tài)形式進入鎂結晶器。在這里氣態(tài)的金屬鎂在結晶器的結晶器壁上生成固態(tài)的結晶鎂。真空還原反應后生成殘渣其主要成分為2Ca0 · SiO2，留在反應器內(nèi)。實施例4
(O原料煅燒以MgO和CaO的摩爾比等于I :1的菱鎂石與石灰石的混合物為原料，分別將菱鎂石煅燒到800°C，將石灰石煅燒到1000°C，然后細磨成粒度< I. Omm的粉末后混合；
(2)配料將煅燒且磨細后的粉末原料與粒度<I. Omm的硅鎂合金粉還原劑按化學反應方程式(2)，且還原劑Mg3Si2過量20%的配料比進行配料；
(3)制團將上述配料混合均勻后，在IOOMPa的壓力下壓制成球團料；
(4)還原將團塊料或球團料置于真空反應器中，在1000°C的溫度和真空度<80Pa的真空條件下進行還原，反應生成的金屬鎂以氣態(tài)形式進入鎂結晶器。在這里氣態(tài)的金屬鎂在結晶器的結晶器壁上生成固態(tài)的結晶鎂。真空還原反應后生成殘渣其主要成分為2Ca0 · SiO2，留在反應器內(nèi)。實施例5
(I)原料煅燒以MgO和CaO的摩爾比等于I :1的菱鎂石與石灰石的混合物為原料，分別將菱鎂石煅燒到1000°C，將石灰石煅燒到1200°C，然后細磨成粒度< I. Omm的粉末后混合；
(2)配料將煅燒且磨細后的粉末原料與粒度< I. Omm的硅鎂合金粉還原劑按化學反應方程式(2)，且還原劑Mg3Si2過量20%的配料比進行配料；
(3)制團將上述配料混合均勻后，在40MPa的壓力下壓制成團塊料；
(4)還原將團塊料或球團料置于真空反應器中，在1000°C的溫度和真空度<80Pa的真空條件下進行還原，反應生成的金屬鎂以氣態(tài)形式進入鎂結晶器。在這里氣態(tài)的金屬鎂在結晶器的結晶器壁上生成固態(tài)的結晶鎂。真空還原反應后生成殘渣其主要成分為2CaO · SiO2，留在反應器內(nèi)。實施例6
(O原料煅燒以MgO和Ca O的摩爾比等于I :1的菱鎂石與石灰石的混合物為原料，分別將菱鎂石煅燒到900°C，將石灰石煅燒到1300°C，然后細磨成粒度< I. Omm的粉末后混合；
(2)配料將煅燒且磨細后的粉末原料與粒度<I. Omm的硅鎂合金粉還原劑按化學反應方程式(2)，且還原劑Mg3Si2過量10%的配料比進行配料；
(3)制團將上述配料混合均勻后，在50MPa的壓力下壓制成球團料；
(4)還原將團塊料或球團料置于真空反應器中，在1300°C的溫度和真空度<80Pa的真空條件下進行還原，反應生成的金屬鎂以氣態(tài)形式進入鎂結晶器。在這里氣態(tài)的金屬鎂在結晶器的結晶器壁上生成固態(tài)的結晶鎂。真空還原反應后生成殘渣其主要成分為2Ca0 · SiO2，留在反應器內(nèi)。
權利要求
1.ー種以鎂硅合金粉為還原劑的真空煉鎂方法，其特征在于按照以下步驟進行(I)原料煅燒以白云石，或者菱鎂石與石灰石的混合物為原料，將白云石煅燒到1000-1300°c，細磨成粒度< I. Omm的粉末，或者分別將菱鎂石煅燒到800-1000°C，將石灰石煅燒到1000-1300°C，然后細磨成粒度< I. Omm的粉末后混合，控制白云石中CaCO3和MgCO3摩爾比為I :1，菱鎂石與石灰石的混合物中MgO和CaO的摩爾比等于1:1;(2)配料將煅燒且磨細后粉末原料與粒度< I. Omm的硅鎂合金粉還原劑按化學反應方程式(I)進行配料，還原劑的配入量按化學反應方程式(I)理論配料量的I. 01-1. 20倍;2 (1-x) CaO + 2 (l-x)MgO + MgxSi (1_x) = (2_x)Mg + (l_x) [2Ca0 · SiO2](I)； 式中x是所述的硅鎂合金中Mg的重量百分比，且O < X < 3/4 ; (3)制團將上述配料混合均勻后，在40-300MPa的壓カ下壓制成團塊料或球団料； (4)還原將團塊料或球団料置于真空反應器中，在1000-1300°C的溫度和真空度< SOPa的真空條件下進行還原，還原物料中的氧化鎂被鎂硅還原劑還原生成的鎂形成蒸氣，在真空反應器上部的結晶器上結晶成金屬鎂，還原反應后剩余的渣料，主要成分為2Ca0 · SiO2，如真空還原反應方程式(I)所示。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種以鎂硅合金粉為還原劑的真空煉鎂方法，其特征在于步驟(I沖控制原料白云石中CaCO3和MgCO3摩爾比為I : I的方法是當白云石原料中的CaCO3和MgCO3摩爾比小于I時，加入石灰石或煅燒后成分為CaO的礦石或化合物，當白云石原料中CaCO3和MgCO3摩爾比大于I時，加入菱鎂石、水鎂石或煅燒后化學成分為MgO的礦石或化合物；控制菱鎂石與石灰石的混合物中MgO和CaO的摩爾比等于I :1的方法是調(diào)節(jié)菱鎂石與石灰石的混合重量比。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金領域，特別涉及一種以鎂硅合金粉為還原劑的真空煉鎂方法。本發(fā)明方法的步驟是以白云石，或者菱鎂石與石灰石的混合物為原料，煅燒細磨，將煅燒且磨細后粉末原料與硅鎂合金粉還原劑配料混合，在40-300MPa的壓力下壓制成團塊料或球團料，將團塊料或球團料置于真空反應器中，在1000-1300℃的溫度和真空度＜80Pa的真空條件下進行還原，還原物料中的氧化鎂被鎂硅還原劑還原生成的鎂形成蒸氣，在真空反應器上部的結晶器上結晶成金屬鎂。本發(fā)明的上述以鎂硅合金為還原劑的真空金屬熱還原煉鎂的方法與傳統(tǒng)的皮江法相比，可以使生產(chǎn)鎂的能耗大大降低，料鎂比也大為降低，生產(chǎn)效率得到大幅度提高。
文檔編號C22B26/22GK102864315SQ201210336399
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權日2012年9月13日
發(fā)明者馮乃祥, 王耀武, 彭建平, 狄躍忠, 傅大學 申請人:東北大學