[发明专利]金属蒸气的冷凝和液态金属的提取

说明书

技术领域

本发明主要涉及金属蒸气的冷凝以及液态金属从冷凝器中连续或半连续的提取。

下文中对本发明的描述特别与镁蒸气的冷凝以及从冷凝器中提取液态镁相关。应该理解：所述描述是仅通过非限制性实例而作出的且本发明的原理可适用于其它挥发性金属例如锌、钙、钠、钾和磷。

该金属蒸气可以是纯的或者该金属蒸气可与惰性气体例如氩相混合，并且该金属蒸气中可包含浮渣，即工艺固体污染物，例如氧化镁。

背景技术

在J.Artru等的题目为“镁的生产工艺(Process ofManufacturing Magnesium)”的美国专利No.2,971,833中对用于生产镁的已公知的Magnetherm炉和冷凝器进行了描述。Magnetherm工艺包括在炉中加热生产出镁蒸气并且在冷凝器中使所述蒸气冷凝。所述蒸气被传送至冷凝器中的冷凝区，在那里，所述蒸气被冷凝形成部分液态和部分固态的镁。在2kPa-10kPa的真空下进行该工艺并且冷凝器坩埚或是通过喷水冷却，或是通过浸没在包括循环水的贮槽中，而从外部得到冷却。由于该炉-冷凝器系统保持处于真空状态下并且因为冷凝器中的镁绝大多数是固态的，因此所述工艺大体上为每12-24小时重复一次的分批生产工艺。不得不破坏真空以便周期性地从炉中除去炉渣并且将充满的冷凝器坩埚更换为空坩埚。

在镁的热处理工艺如Magnetherm工艺中产生的产物蒸气中固有地包含一些所不希望存在的氧化镁、氮化镁、氧化硅、氧化钙、氧化铝和碳的固体颗粒。这些固体颗粒的混合物被叫作浮渣。绝大部分浮渣颗粒积聚在冷凝器坩埚中。为了实现连续的镁生产作业，从冷凝器中去除浮渣的装置不得不被包括在该设计和冷凝器的运行方法中。镁生成炉可包含用于连续提取作为副产物在炉中产生的炉渣和残留硅铁的下溢-上溢溢流堰装置，从而使整个镁的生成和冷凝工艺连续进行。

本发明的目的在于提供一种通过对冷凝器进行适当的温度控制或者通过搅拌冷凝器内容物从而允许连续或半连续地从冷凝器坩埚中提取金属从而用于在大气压力(atmospheric pressure)下或在接近大气压力的条件下连续进行金属冷凝和提取冷凝的液态金属的方法和设备。

发明内容

本发明提供一种冷凝金属蒸气的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)在大气压力下或在接近大气压力的条件下将金属蒸气气流引导进入到包括接收坩埚的密封的冷凝器设备中；

(b)控制所述坩埚内的温度，从而使得金属蒸气产生冷凝并且作为液态金属被保持在所述坩埚中；

(c)搅动包括液态金属和浮渣的坩埚内容物以便拉入(pull in)浮渣、金属蒸气和液态金属熔滴，从而使浮渣悬浮在液态金属中，以便使冷凝能量消散并散逸至坩埚侧壁且进入到传热介质中，由此提高冷凝效率；以及

(d)在不中断金属蒸气的生产和冷凝的情况下，将液态金属和浮渣作为料浆(slurry)从所述坩埚中放出。

所述浮渣可包括主要是金属氧化物的固体颗粒。

在此所使用的术语“料浆”指代的是浮渣在液态金属中形成的悬浊液或乳浊液。

所述金属蒸气可以是挥发性金属如镁、锌、钙、钠、钾和磷的蒸气。对于镁而言，所述污染物可以是例如氧化镁、氮化镁和氧化硅等固体。

在步骤(a)中，所述气流可以受控速率被引导进入到冷凝器设备中。所述金属蒸气可与惰性气体如氩相混合，且与浮渣即固体颗粒如氧化镁相混合。

在步骤(a)中，所述金属蒸气的压力可为0.7-1.2个大气压(atm.)。

所述金属生成炉中可包含用于连续提取作为副产物在炉中产生的炉渣和残留硅铁的下溢-上溢溢流堰装置，从而使整个金属的生成和冷凝工艺连续进行。

对于镁而言，进入冷凝器设备中的镁蒸气的分压可保持在0.7-1.2个大气压的范围内。进入冷凝器设备中的惰性气体的分压可保持在0-0.3个大气压的范围内。

在步骤(b)中，可控制坩埚内的温度，从而使得所述蒸气被冷凝成液态金属，但是使得所述液态金属不会发生固化。

在步骤(c)中，可对搅动(如搅拌)进行控制，从而使得所述浮渣悬浮进入到液态金属中，从而允许将混合物作为料浆放出。所述搅动通过有效地使冷凝能量扩散通过坩埚的侧壁并且进入到传热介质中而导致在液态金属熔池内实现均匀的温度分布，由此提高了金属冷凝的效率。