本發(fā)明涉及一種煉鎂工藝，具體涉及一種真空微波煉鎂的方法。

背景技術(shù)：

鎂屬于輕金屬，具有優(yōu)良的綜合性能，具有比重輕、比強(qiáng)度高、比剛度大、電磁屏蔽性好、抗振減振性強(qiáng)、切削加工性能和成型性能好、易回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于高鐵、汽車、摩托車、3C產(chǎn)品、手動(dòng)工具、航空航天及國(guó)防軍工等領(lǐng)域。

目前，原鎂冶煉普遍采用皮江法工藝，白云石經(jīng)過(guò)煅燒后得到煅白，煅白與還原劑硅鐵、礦化劑螢石一起磨粉、造球，然后送入還原罐中進(jìn)行固相還原反應(yīng)。皮江法大多采用煤氣、蘭炭氣等為燃料對(duì)還原罐進(jìn)行加熱。由于煅白等原料的傳熱性差，因此還原過(guò)程中將原料加熱至還原反應(yīng)所需溫度的時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)際生產(chǎn)中還原工序所需時(shí)間通常在8-10小時(shí)，因此還原反應(yīng)過(guò)程的能耗非常高、能源效率低。此外在皮江法煉鎂過(guò)程中，煅燒和還原是不連續(xù)的，白云石在煅燒之后需要經(jīng)過(guò)冷卻、研磨、造球，才能進(jìn)行還原，這也造成了大量能源的損耗。皮江法在煅燒時(shí)，還產(chǎn)生大量CO₂對(duì)外排放，造成環(huán)境污染和溫室氣體大量增加。因此皮江法煉鎂能耗高、能效低、環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題，成為原鎂冶煉領(lǐng)域亟待解決的重要課題。

微波是一種清潔、高效的能源，與采用燃煤、燃?xì)?、電阻、電磁等加熱方式相比較，微波對(duì)于粉狀礦石的加熱尤其有效，所以將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于鎂的冶煉，對(duì)于提高能效、降低能耗有十分顯著的作用。

將微波加熱引入原鎂冶煉是一種提高能效的有效方法。專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810232855.1公開了一種微波加熱皮江法煉鎂的工藝，主要包括如下步驟：1.白云石煅燒：將白云石加熱至1100-1200℃，燒成煅白；2.將煅白、硅鐵粉和螢石粉計(jì)量配料、粉磨，然后壓制成符合工藝要求的球團(tuán)；3.將球團(tuán)放置在微波加熱爐中的密閉非金屬還原罐中加熱，加熱溫度在1000℃-1200℃之間，使球團(tuán)中的鎂化合物與硅鐵粉發(fā)生反應(yīng)；4.保持密閉非金屬還原罐的真空度至13.3Pa或更高，持續(xù)時(shí)間在4-6小時(shí)，鎂蒸氣在冷凝器中冷凝后成為粗鎂。上述煉鎂方法實(shí)際應(yīng)用時(shí)效果并不佳，主要原因是在鎂冶煉時(shí)，由于白云石等原料的微波吸波性能差，盡管硅鐵有較好的微波吸波性能，但由于硅鐵占原料總量的比例較小，所以如果直接采用微波對(duì)于原料進(jìn)行加熱，原料的溫度上升速度較慢，加熱效果較差。此外，上述煉鎂方法在原鎂冶煉過(guò)程中煅燒、還原是不連續(xù)的，這也將導(dǎo)致能耗的增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種真空微波煉鎂的方法，通過(guò)添加輔助加熱材料，在煅燒和還原工藝時(shí)采用微波加熱，所需時(shí)間明顯縮短，能耗大幅度下降,能源效率提高。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種真空微波煉鎂的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)制備球團(tuán)：將含碳酸鎂的礦石、還原劑和礦化劑分別進(jìn)行破碎、研磨，然后按照氧化鎂還原反應(yīng)所需的合理比例配料混合，得到第一混合物；同時(shí)將輔助加熱材料進(jìn)行破碎、研磨，將輔助加熱材料與第一混合物按照(5-100)：100的重量比進(jìn)行混合，得到第二混合物，將第二混合物進(jìn)行擠壓造球，得到球團(tuán)；

2)預(yù)抽真空：將球團(tuán)裝入密閉的具有微波加熱器的冶煉爐中，該冶煉爐連接真空泵系統(tǒng)；啟動(dòng)真空泵預(yù)抽真空；

3)煅燒：當(dāng)冶煉爐預(yù)抽真空度達(dá)到500Pa絕對(duì)壓力以下之后，開啟微波加熱器進(jìn)行微波加熱煅燒；煅燒溫度控制在700℃-1100℃，煅燒真空度控制在300Pa-5KPa，煅燒時(shí)間為1-4小時(shí)；

4)還原：當(dāng)煅燒結(jié)束后，控制真空度至100Pa絕對(duì)壓力以下，控制微波加熱的溫度至1100℃以上，并保持真空度和溫度，使得球團(tuán)內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過(guò)冷凝收集，得到金屬鎂；還原反應(yīng)的時(shí)間0.5-4小時(shí)。

作為優(yōu)選，所述含碳酸鎂的礦石為白云石或菱鎂礦，或者是，所述含碳酸鎂的礦石為菱鎂礦與石灰石的混合物。

作為優(yōu)選，所述還原劑為硅鐵、煤炭、焦炭、蘭炭、金屬鋁、鋁合金、鋁土礦和碳化鈣中的一種。

作為優(yōu)選，所述礦化劑為螢石、氟化鎂、氟化鋁和氟化鈉中的一種。

作為優(yōu)選，所述輔助加熱材料為碳化硅、煤炭、焦炭、蘭炭、鐵粉末、氧化鎂和石墨中的一種；輔助加熱材料是一種微波的吸波材料，且不會(huì)對(duì)氧化鎂的還原反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。

作為優(yōu)選，步驟1)中，將含碳酸鎂的礦石、還原劑、礦化劑分別進(jìn)行破碎、研磨，研磨成粉后粒度小于100目；將輔助加熱材料進(jìn)行破碎、研磨，研磨成粉后粒度小于40目。

作為優(yōu)選，步驟2)中，所述冶煉爐是一個(gè)密封的容器，內(nèi)置坩堝和預(yù)熱裝置，還設(shè)有微波加熱器對(duì)于坩堝內(nèi)原料進(jìn)行加熱；所述冶煉爐外接真空泵系統(tǒng)；球團(tuán)經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱之后裝入坩堝內(nèi)，通過(guò)微波加熱器對(duì)坩堝內(nèi)的球團(tuán)進(jìn)行微波加熱。所述真空泵系統(tǒng)可以是射流泵式真空裝置或機(jī)械泵式真空裝置。

作為優(yōu)選，步驟3)中，微波加熱煅燒分為兩階段進(jìn)行，第一階段：先控制煅燒溫度為700-900℃，煅燒時(shí)間為0.5-2小時(shí)；第二階段：再將煅燒溫度提升到900-1100℃，煅燒時(shí)間為0.5-2小時(shí)。

作為優(yōu)選，步驟3)中，煅燒時(shí)含碳酸鎂的礦石分解產(chǎn)生的氣體(主要是CO₂)經(jīng)過(guò)預(yù)熱器對(duì)其中球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，然后通過(guò)真空系統(tǒng)排出后，送入CO₂氣體收集裝置，經(jīng)過(guò)冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO₂。

作為優(yōu)選，步驟4)中，還原反應(yīng)過(guò)程中，控制真空度在100Pa絕對(duì)壓力以下，溫度在1100-1650℃。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、皮江法在鎂冶煉過(guò)程中主要工藝包括煅燒工藝和還原工藝。煅燒時(shí)，含碳酸鎂的礦石分解出CO₂氣體。白云石煅燒時(shí)反應(yīng)式如下：

CaCO₃.MgCO₃＝CaO.MgO+2CO₂

CaCO₃＝CaO+CO₂

MgCO₃＝MgO+CO₂

還原時(shí)反應(yīng)式如下：

2(CaO.MgO)+Si＝2Mg+2CaO.SiO₂

通過(guò)白云石煅燒和還原，得到鎂蒸汽，鎂蒸汽通過(guò)冷凝收集，就可以獲得金屬鎂。鎂冶煉在煅燒和還原過(guò)程中，需要消耗大量能量。在采用微波加熱時(shí)，針對(duì)白云石、菱鎂礦等原料的微波吸波性能差，加熱效果較差的問(wèn)題，我們?cè)谠现屑尤胼o助加熱材料，這種材料要求具有良好的微波吸波性能，在微波場(chǎng)中升溫速度快，同時(shí)要求輔助加熱材料不會(huì)對(duì)氧化鎂的還原反應(yīng)產(chǎn)生不良影響。加入輔助加熱材料之后，原料的微波吸收性能將明顯提升，微波加熱時(shí)升溫速度提高。與煤氣、蘭炭氣等對(duì)還原罐外加熱方法相比較，在煅燒和還原工藝時(shí)采用微波加熱，所需時(shí)間明顯縮短，能耗大幅度下降,能源效率提高。

2、煅燒時(shí)，MgCO₃和CaCO₃在高溫下分解，但分解溫度約有不同，白云石熱分解是分階段的，因此煅燒分為兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段：先控制煅燒溫度為700-900℃，煅燒時(shí)間為0.5-2小時(shí)；第二階段：再將煅燒溫度提升到900-1100℃，煅燒時(shí)間為0.5-2小時(shí)。這種煅燒方式可以降低能耗。

此外，在原料球團(tuán)煅燒時(shí)，由于還原劑、輔助加熱材料在高溫時(shí)容易氧化，例如，如果采用硅鐵作為還原劑、焦炭作為輔助加熱材料，在高溫環(huán)境中，如果存在氧氣，則會(huì)與硅鐵、焦炭發(fā)生氧化反應(yīng)。包括如下反應(yīng)式：

Si+O₂＝SiO₂

2Si+O₂＝2SiO

2SiO+O₂＝2SiO₂

C+O₂＝CO₂

2C+O₂＝2CO

氧化反應(yīng)使硅鐵的還原性能下降、焦炭的輔助加熱性能下降。對(duì)于坩堝也會(huì)產(chǎn)生不良影響。對(duì)此本發(fā)明提出預(yù)抽真空和控制煅燒真空度的方法，通過(guò)對(duì)冶煉爐預(yù)抽真空和控制煅燒時(shí)的真空度，使得煅燒時(shí)冶煉爐內(nèi)氧氣大幅度下降，硅鐵、焦炭就不易發(fā)生氧化反應(yīng)，保證了輔助加熱性能和還原工藝的順利進(jìn)行，也提高了坩堝的使用壽命。

3、本發(fā)明在煅燒時(shí)含碳酸鎂的礦石分解產(chǎn)生CO₂氣體的溫度高、純度高，可以用于原料的預(yù)熱和收集使用。煅燒時(shí)產(chǎn)生的氣體(主要是CO₂)經(jīng)過(guò)預(yù)熱器對(duì)其中球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，然后通過(guò)真空泵系統(tǒng)排出后，送入CO₂氣體收集裝置，經(jīng)過(guò)冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO₂，達(dá)到資源充分利用和節(jié)能減排的目的。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

本發(fā)明實(shí)施例中，采用白云石為礦石原料，白云石的主要成分如下：MgO 20.9％，CaO 32.1％，SiO₂ 0.08％，Al₂O₃ 0.018％，F(xiàn)e₂O₃ 0.16％，MnO 0.032％,K₂O 0.006％，Na₂O 0.019％。

實(shí)施例1：

一種真空微波煉鎂的方法，包括以下步驟：

1)制備球團(tuán)：采用白云石為礦石原料，硅鐵為還原劑，螢石為礦化劑，蘭炭為輔助加熱材料；將白云石、硅鐵、螢石分別進(jìn)行破碎、研磨，研磨后粒度小于100目，然后將白云石、硅鐵、螢石按照100：(10-13)：(2-3)的重量比進(jìn)行混合，得到第一混合物；同時(shí)將蘭炭進(jìn)行破碎、研磨，研磨后粒度小于60目，將蘭炭與第一混合物按照30：100的重量比進(jìn)行混合，得到第二混合物，將第二混合物進(jìn)行擠壓造球，得到球團(tuán)；

2)預(yù)抽真空：將球團(tuán)裝入具有微波加熱器的冶煉爐中，該冶煉爐連接射流泵式真空系統(tǒng)；啟動(dòng)真空泵預(yù)抽真空；

3)煅燒：當(dāng)冶煉爐預(yù)抽真空達(dá)到500Pa絕對(duì)壓力以下后，開啟微波加熱器進(jìn)行微波加熱煅燒；微波加熱煅燒分為兩階段進(jìn)行，第一階段：先控制煅燒溫度為850℃，煅燒時(shí)間為1小時(shí)；第二階段：再將煅燒溫度提升到1000℃，煅燒時(shí)間為1小時(shí)；煅燒真空度控制在300Pa-5KPa。煅燒時(shí)白云石分解產(chǎn)生的CO₂氣體經(jīng)過(guò)預(yù)熱器對(duì)其中球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，然后通過(guò)真空泵系統(tǒng)排出后，送入CO₂氣體收集裝置，經(jīng)過(guò)冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO₂。

4)還原：當(dāng)煅燒結(jié)束后，控制真空度至13Pa絕對(duì)壓力以下，控制微波加熱的溫度至1200℃，并保持真空度和溫度，使得球團(tuán)內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過(guò)結(jié)晶器冷凝收集，得到結(jié)晶鎂；還原反應(yīng)的時(shí)間1.5小時(shí)，金屬鎂還原率為88％。

實(shí)施例2

一種真空微波煉鎂的方法，包括以下步驟：

1)制備球團(tuán)：采用白云石為礦石原料，硅鐵為還原劑，螢石為礦化劑，碳化硅為輔助加熱材料；將白云石、硅鐵、螢石分別進(jìn)行破碎、研磨，研磨后粒度小于200目，然后將白云石、硅鐵、螢石按照100：(10-13)：(2-3)的重量比進(jìn)行混合，得到第一混合物；同時(shí)將碳化硅進(jìn)行破碎、研磨，研磨后粒度小于150目，將碳化硅與第一混合物按照20：100的重量比進(jìn)行混合，得到第二混合物，將第二混合物進(jìn)行擠壓造球，得到球團(tuán)；

2)預(yù)抽真空：將球團(tuán)裝入具有微波加熱器的冶煉爐中，該冶煉爐連接射流泵式真空系統(tǒng)；啟動(dòng)真空泵預(yù)抽真空；

3)煅燒：當(dāng)冶煉爐預(yù)抽真空達(dá)到500Pa絕對(duì)壓力以下之后，開啟微波加熱器進(jìn)行微波加熱煅燒；微波加熱煅燒分為兩階段進(jìn)行，第一階段：先控制煅燒溫度為800℃，煅燒時(shí)間為1.5小時(shí)；第二階段：再將煅燒溫度提升到950℃，煅燒時(shí)間為1.5小時(shí)；煅燒真空度控制在300Pa-5KPa。煅燒時(shí)白云石解產(chǎn)生的CO₂氣體經(jīng)過(guò)預(yù)熱器對(duì)其中球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，然后通過(guò)真空系統(tǒng)排出后，送入CO₂氣體收集裝置，經(jīng)過(guò)冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO₂。

4)還原：當(dāng)煅燒結(jié)束后，控制真空度至13Pa絕對(duì)壓力以下，控制微波加熱的溫度至1150℃，并保持真空度和溫度，使得球團(tuán)內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過(guò)結(jié)晶器冷凝收集，得到結(jié)晶鎂；還原反應(yīng)的時(shí)間2小時(shí)，金屬鎂還原率為91％。

實(shí)施例3

一種真空微波煉鎂的方法，包括以下步驟：

1)制備球團(tuán)：采用白云石為礦石原料，焦炭為還原劑，螢石為礦化劑，輔助加熱材料也采用焦炭；將白云石、焦炭、螢石分別進(jìn)行破碎、研磨，研磨后粒度小于200目，然后將白云石、螢石按照100：2的重量比進(jìn)行混合，得到第一混合物；然后將焦炭與第一混合物按照45：100的重量比進(jìn)行混合，得到第二混合物，將第二混合物進(jìn)行擠壓造球，得到球團(tuán)；

2)預(yù)抽真空：將球團(tuán)裝入具有微波加熱器的冶煉爐中，該冶煉爐連接射流泵式真空系統(tǒng)；啟動(dòng)真空泵預(yù)抽真空；

3)煅燒：當(dāng)冶煉爐預(yù)抽真空達(dá)到500Pa絕對(duì)壓力以下之后，開啟微波加熱器進(jìn)行微波加熱煅燒；微波加熱煅燒分為兩階段進(jìn)行，第一階段：先控制煅燒溫度為850℃，煅燒時(shí)間為1小時(shí)；第二階段：再將煅燒溫度提升到1000℃，煅燒時(shí)間為1小時(shí)；煅燒真空度控制在300Pa-5KPa。煅燒時(shí)白云石分解產(chǎn)生的CO₂氣體經(jīng)過(guò)預(yù)熱器對(duì)其中球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，然后通過(guò)真空系統(tǒng)排出后，送入CO₂氣體收集裝置，經(jīng)過(guò)冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO₂。

4)還原：當(dāng)煅燒結(jié)束后，控制真空度至20Pa絕對(duì)壓力以下，控制微波加熱的溫度至1600℃，并保持真空度和溫度，使得球團(tuán)內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過(guò)冷凝收集，得到金屬鎂；還原反應(yīng)的時(shí)間3小時(shí)。

對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。