[发明专利]用蛇纹石矿物真空碳热还原制备金属镁及副产品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种还原制备金属镁的方法，特别是提供了一种在真空中用碳还原蛇纹石矿物制备金属镁，并副产碳化硅、金属镍、铁的方法，属于真空冶金技术领域。

背景技术

镁是地球上储量最丰富的轻金属之一。镁作为一种轻质金属材料，开发利用远不如钢铁、铜、铝等金属成熟，其潜力尚未充分挖掘出来。目前，镁的应用主要集中在铝合金生产、压铸生产、炼钢脱硫三大领域，并在稀土合金、金属还原及其他领域中也有所应用。镁合金的比重轻、比强度和比刚度高、导热导电性好，兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能，同时具有易加工成型、废料容易回收等优点，因此随着技术和价格瓶颈的突破，镁合金已成为现代国防、航空、汽车、电子、通信、仪器仪表、家电等行业的首选材料，被人们誉为“21世纪的绿色工程材料”，有着广阔的应用前景。世界镁合金产业的快速发展带动了原镁生产的急剧增长，镁成为继铝、锌、铜、铅之后的第五大有色金属。

目前原镁的冶炼方法主要分为两种：一是热还原法；二是电解法。热还原法主要采用还原剂加热还原氧化镁，根据还原剂不同，热还原法又分为硅热法、碳化物热还原法和碳热还原法，其中后两种在工业上较少采用。皮江法采用硅铁还原氧化镁，属于硅热法的一种，是目前普遍采用的热还原炼镁方法。皮江法以硅铁为还原剂，在一定真空度和温度下，将经过煅烧后的白云石还原，镁被还原成蒸汽后再经过冷凝得到金属镁。此种工艺的缺点是还原剂硅铁的成本较高，还原罐价格昂贵，使用寿命短，生产不连续，劳动强度大，能耗高，环境污染严重等，最终导致产品成本较高。熔融盐电解法是以无水氯化镁为原料，金属合金为阴、阳极，在氯化镁熔融状态下通入直流电进行电解，阴极得到金属镁沉积，阳极放出氯气。其工艺的缺点是六水氯化镁脱水工艺复杂，废气、废水、废渣的处理难度大，费用高，生产设备和厂房腐蚀严重，而且设备投资大，其设备投入是皮江法的十倍以上。

我国专利申请93115701.3公开了一种以菱镁矿和白云石为原料的铝热法，以铝粉为还原剂，在1100～1170℃和真空条件下煅烧菱镁矿和白云石，经6～8小时的还原制备金属镁。我国专利ZL 200410020666.X公开了一种以硅铝合金为还原剂制取金属镁的方法，此方法以白云石和菱镁矿为原料，用硅铝合金作还原剂，在高温和真空条件下，还原煅烧白云石和菱镁矿，制备金属镁。我国专利ZL200510011049.8公开了一种利用氧化镁矿煤炭热还原提取金属镁的冶炼方法，采用氧化镁或其矿物白云石为原料，以煤炭为还原剂，将原料和煤炭经破碎、混料及制粒后，在内热式真空炉内，在真空度5～45Pa条件下，控制焦结温度在500～800℃，时间30～60min，完成物料焦结，再在温度1300～1600℃进行还原反应45-60分钟，最后在温度600～800℃冷凝，获得纯度达到90％或以上的结晶金属镁块。我国专利ZL 95100495.6涉及一种电炉炼镁新方法及其装置，其特征在于以白云石，铝矾土，硅铁为原料，将煅烧后温度在700℃以上的白云石，铝矾土以及硅铁装入电炉，在真空条件下硅热还原制镁。

通过以上背景技术可以发现，无论还原剂采用的是硅铁、铝、硅铝合金、碳或是碳化物，原料都是采用氧化镁及其矿物白云石和菱镁矿，而对于镁的另一种储量巨大的硅酸镁矿物——蛇纹石用于直接热还原法生产金属镁，却没有进行相关的研究，国内目前处于空白状态。蛇纹石为化学组成为Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈的一族层状结构硅酸盐矿物的总称，其中的理论Mg含量约为18wt％。基于此状况，我们对蛇纹石矿物热还原法生产金属镁进行了深入研究，发明了蛇纹石矿物真空碳热还原制备金属镁的方法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种蛇纹石矿物真空碳热还原制备金属镁、副产金属铁镍及碳化硅的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用蛇纹石矿物真空碳热还原制备金属镁及副产品的方法，按以下步骤完成：

1)以蛇纹石矿粉为原料，按照蛇纹石中的硅酸镁被完全还原所需碳的理论量的1～2倍加入碳质还原剂，并添加催化剂，混合均匀后得到混合原料；

2)将所述混合原料以5MPa～50Mpa压力压制成球状或块状的球团料，对球团料进行干燥；

3)将所述球团料装入真空炉中，炉内真空度控制在10～500Pa，以5～15℃/min的升温速率将炉内温度升至500～700℃，恒温20～60min；