[發(fā)明專利]一種堿式碳酸鎂碳熱還原制備金屬鎂的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310076768.2
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103184351A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余紅發(fā);武金永;鄭利娜;董金美;李穎;吳成友;麻海燕
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué);內(nèi)蒙古昶泰資源循環(huán)再生利用科技開發(fā)有限責(zé)任公司;中國科學(xué)院青海鹽湖研究所;青海大學(xué)
• 主分類號: C22B26/22
• 分類號: C22B26/22;C22B5/10
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到一種堿式碳酸鎂碳熱還原制備金屬鎂的方法，提供了一種在真空中用焦炭還原堿式碳酸鎂制備金屬鎂的方法。屬于真空冶金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)金屬鎂的方法主要分為兩種：一是熔鹽電解法，就是氯化鎂在熔融的電介質(zhì)中，通直流電電解得到金屬鎂。在我國，電解法生產(chǎn)鎂有40年歷史，一直采用將破碎后的菱鎂礦與石焦油加入氯化爐氯化生產(chǎn)氯化鎂，加入IG型有隔板電解槽電解生產(chǎn)金屬鎂，工藝技術(shù)落后，設(shè)備產(chǎn)能低，環(huán)境污染嚴(yán)重，綜合電耗高，其中直流電耗為14420?KW·h/tMg，回收氯氣濃度為90%以上，電流效率達到85%~91%。另一種是熱還原法，就是將氧化鎂用金屬或非金屬，在高溫條件下，還原成金屬鎂，通稱熱法。國內(nèi)常用的熱還原法包括硅鐵熱還原法（皮江法）、鋁熱還原法和鋁硅合金熱還原法。硅鐵熱還原法是用硅鐵（Si＞75%）還原煅燒的菱鎂礦或白云石，壓制成的球團料加入由耐熱鋼制成的罐中，抽真空并加熱至一定溫度析出鎂蒸汽，在罐的冷端一筒形冷凝器中冷凝成冠狀的粗鎂晶體，再經(jīng)過精煉即可得到金屬精鎂。在熱還原過程中，可加入一定量的添加劑如氟化鈣（CaF₂）來提高反應(yīng)速率。在硅鐵熱還原法中，還原劑硅鐵的價格較高，而所使用的還原罐價格昂貴，而且受材料的限制其尺寸不能過大，使得單次作業(yè)產(chǎn)量降低，勞動生產(chǎn)能力降低，限制了生產(chǎn)規(guī)模，同時由于作業(yè)溫度不能高于1170℃，還原罐的使用壽命短。同樣具有這些缺點的熱還原法還有鋁熱還原法等，如中國發(fā)明專利申請?zhí)?01010126327.5公開的以白云石為原料制備金屬鎂的方法，就包括了鋁熱還原法和鋁硅合金還原法。為了克服硅鐵還原、鋁還原或鋁硅合金還原法的缺點，降低能耗，中國發(fā)明專利申請?zhí)?01010144074.4公開了一種以MgO/CaO摩爾比大于1的物料為原料真空還原制取金屬鎂的方法，其特征是以白云石、菱鎂礦石、水鎂石和石灰石為原料，分別進行緞燒，再配制成MgO/CaO摩爾比為1.5~?18?的原料，該工藝需要開采的原料多而雜，煅燒工藝復(fù)雜，而且其還原劑仍然采用價格昂貴的鋁粉、鋁硅合金粉或鋁鎂合金粉。因此，從原料來源、還原劑和生產(chǎn)設(shè)備等方面分析，熱還原法的生產(chǎn)成本較高，因而效益低下，推廣困難，難以實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。

上世紀(jì)50年代，為了采用廉價的碳還原劑，一些國家的研究者探索了真空碳熱還原法，進行了較系統(tǒng)的熱力學(xué)分析，并取得了一些進展。其中最具有代表性的是R.Winand在1972~1976年所作的小實驗和擴大實驗，得到了金屬鎂粉。中國發(fā)明專利申請?zhí)?00510011049.8公開了一種真空煤炭熱還原氧化鎂礦提取金屬鎂的方法，其特征在于采用氧化鎂或其礦物白云石為原料，煤炭作還原劑，原料經(jīng)混合、壓制成團料后，在內(nèi)熱式真空爐內(nèi)以真空度5～45Pa，溫度500～800℃，時間30～60min，完成物料焦結(jié)，再在溫度1300～1600℃進行還原反應(yīng)45~60分鐘，最后在溫度600～800?℃冷凝，獲得結(jié)晶金屬鎂塊，但是，該工藝對于含鎂原料的要求極高，必須采用MgO含量≥95%的氧化鎂，或者采用MgO含量30%以上的高品位白云石經(jīng)過煅燒得到MgO≥40%~45%的煅白氧化鎂為原料，而實際我國天然白云石礦的MgO含量一般只有18%~22%，經(jīng)過高溫煅燒制備的煅白的MgO含量僅有32~39%，因而這種工藝實際上不能利用白云石作為原料來制備金屬鎂。中國發(fā)明專利號2008100058928.X公開了一種菱鎂礦真空碳熱還原制備金屬鎂的方法，其特征在于以菱鎂礦為含鎂原料，煤為還原劑及添加氟化鈣作為催化劑，控制真空爐內(nèi)壓力為20~700Pa、升溫至500~700℃，保溫20~50min，完成物料熱分解及焦結(jié)過程，再升溫至1300~1500℃的條件下還原熔煉40~60?min，得到塊狀金屬鎂，該工藝要求采用MgO含量≥4l%的菱鎂礦作為原料，不適合于白云石作為原料。對于除菱鎂礦、白云石或者氧化鎂之外的其他含鎂原料，能否用真空碳熱還原法生產(chǎn)出金屬鎂，則處于技術(shù)空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種堿式碳酸鎂真空碳熱還原制備金屬鎂的方法，采用真空冶金的方法，焦炭為還原劑，添加氟化鈣為催化劑，在不同條件下，在同一真空爐內(nèi)完成原料分解、碳熱還原制得金屬鎂。本發(fā)明解決了碳熱還原法真空還原金屬鎂的含鎂原料的來源問題，而且工藝簡單，成本低廉，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，便于推廣應(yīng)用。

本發(fā)明的工藝流程通過以下幾個步驟完成：