[發(fā)明專利]高效率鎂冶煉方法及用于該方法的冶煉裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811444700.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN109338123A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 車玉思;楊沛胥;張超;宋建勛;張偉東;何季麟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): C22B26/22
• 分類號(hào): C22B26/22;C22B5/04
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 張春;王文文

本發(fā)明公開了一種高效率鎂冶煉方法，經(jīng)過預(yù)處理的載熱體和粉末狀反應(yīng)原料以一定方式均勻混合后裝入還原罐的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，對(duì)還原罐進(jìn)行抽真空，同時(shí)對(duì)還原罐的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行加熱，使得還原罐內(nèi)的原料達(dá)到發(fā)生還原反應(yīng)的條件，發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生鎂蒸氣；鎂蒸氣冷凝后即可得到金屬鎂。在制球時(shí)將載熱體壓入料球內(nèi)獲得混合料球，也可以將料球與載熱體混合均勻后加入罐內(nèi)，同時(shí)也可以將混合料球與料球混合加入罐內(nèi)，使載熱體分布在料球內(nèi)部、料球之間以及料球與罐壁之間，從而增加了熱傳導(dǎo)接觸面積，提高了綜合傳熱效率，縮短了熱量在料球內(nèi)部及料球之間的傳遞時(shí)間，從而縮短還原時(shí)間，提高生產(chǎn)率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效率鎂冶煉方法及用于該方法的冶煉裝置。

背景技術(shù)

目前，世界上原鎂生產(chǎn)主要集中在中國，而我國原鎂冶煉主要依靠皮江法生產(chǎn)。皮江法也稱為外熱式硅熱法，該工藝方法首先需要將冶煉的原料（煅燒后的白云石、硅鐵、螢石等）進(jìn)行破碎、混合、磨粉，壓制成球團(tuán)（料球），再加入到還原罐（反應(yīng)器）中，用燃料或電從還原罐外進(jìn)行加熱，熱量沿罐壁向料球傳遞，同時(shí)，用真空泵對(duì)還原罐進(jìn)行抽真空，使罐內(nèi)料球在高溫及真空條件下發(fā)生還原反應(yīng)，生成的鎂蒸氣在結(jié)晶器內(nèi)冷凝成粗鎂，經(jīng)過精煉鑄錠成為商品鎂。

上述罐內(nèi)還原過程在真空條件下進(jìn)行，熱量從還原罐壁傳遞至料球，再通過料球之間進(jìn)行傳遞，該傳熱過程主要以料球之間的傳導(dǎo)與輻射為主，鎂蒸氣對(duì)流換熱為輻的綜合傳熱形式。由于硅熱法用原料形狀以橢球型為主，在罐內(nèi)以點(diǎn)接觸形式排列。點(diǎn)接觸的方式使得傳熱面很小，從而增加了料球之間的熱阻，而料球自身導(dǎo)熱系數(shù)較小，熱量從球團(tuán)外向內(nèi)傳遞速率很慢，料球的導(dǎo)熱系數(shù)也將隨著溫度的升高而減小，這都嚴(yán)重影響了物料及物料之間的傳熱效果，從而使得該冶煉工藝還原周期長（一般在10-12小時(shí)），生產(chǎn)效率低。有企業(yè)嘗試使用豎罐法煉鎂，但還原時(shí)間并沒有明顯減少。而通過一些學(xué)者的研究數(shù)據(jù)可知，熱量沿罐壁向罐內(nèi)傳遞，直至中心溫度與罐壁溫度相同時(shí)，所需的時(shí)間約為8小時(shí)以上，占還原總時(shí)間約70%以上。可見，傳熱效率低影響了還原反應(yīng)速率，使得還原時(shí)間大幅度延長。

國內(nèi)有研究者提出在還原罐內(nèi)焊裝導(dǎo)熱板，以增加熱傳導(dǎo)的接觸面積來提高傳熱效率。而在罐內(nèi)增加導(dǎo)熱板會(huì)造成還原罐制造工藝復(fù)雜，成本增加；同時(shí)，在熱還原過程中導(dǎo)熱板上容易形成的粘接物需要頻繁清理，使得工藝運(yùn)行不能連續(xù)。從一些工廠實(shí)際的運(yùn)行狀況來看，罐內(nèi)增加導(dǎo)熱板的方式并不能有效提高傳熱效率，縮短還原時(shí)間，提高生產(chǎn)率。而罐內(nèi)的傳熱效率低的問題也是阻礙還原罐不能實(shí)現(xiàn)大型化的一個(gè)重要原因。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)金屬鎂冶煉工藝中，還原罐內(nèi)壁與料球之間、料球與料球之間因熱傳導(dǎo)接觸面積小，料球?qū)嵯禂?shù)低等原因造成換熱效率低的問題，提供一種高效率鎂冶煉方法及用于該方法的冶煉裝置，在還原罐內(nèi)增加載熱體，并使其充滿料球與料球之間以及料球與還原罐壁之間的空隙，或分布于料球內(nèi)部，從而擴(kuò)大還原罐內(nèi)壁與料球之間、料球與料球之間的熱傳導(dǎo)接觸面積，增大熱量在物料內(nèi)部及物料之間傳遞的綜合傳熱系數(shù)，提高換熱效率，并通過工藝設(shè)計(jì)使之應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，解決現(xiàn)有技術(shù)工藝還原反應(yīng)時(shí)間長、生產(chǎn)效率低、燃料消耗量大高、設(shè)備占用時(shí)間長等行業(yè)現(xiàn)狀。

本發(fā)明的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的：

高效率鎂冶煉方法，經(jīng)過預(yù)處理的載熱體和粉末狀反應(yīng)原料以一定方式均勻混合后裝入還原罐的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，對(duì)還原罐進(jìn)行抽真空，同時(shí)對(duì)還原罐的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行加熱，使得還原罐內(nèi)的原料達(dá)到發(fā)生還原反應(yīng)的條件，發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生鎂蒸氣；鎂蒸氣冷凝后即可得到金屬鎂。

所述載熱體為碳基材料、金屬基材料、碳化硅基陶瓷材料、氮化硅基陶瓷材料和氧化鋁基陶瓷材料中的至少一種。

所述碳基材料為木炭、煤炭或石墨，金屬基材料為鉭、鈮或鎢，碳化硅基陶瓷材料為金剛砂，氮化硅基陶瓷材料為氮化硅陶瓷，氧化鋁基陶瓷材料為剛玉或莫來石。

所述載熱體的粒度為1-50mm。