[发明专利]一种硅铜合金热还原制备有色金属的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热还原制备有色金属镁或锂的方法，属于金属冶炼领域。

背景技术

真空冶金技术广泛应用于有色金属冶炼领域，包括有色金属的热还原提取 以及分离、精炼、富集等。涉及的有色金属包括镁、锶、锂、钙等。

现有的真空热还原技术的工艺一般过程为：(1)煅烧含金属元素的矿石，制 备金属氧化物，(2)将金属氧化物细化为颗粒，(3)将金属氧化物与还原剂、助 剂按比例计量后混合均匀并压制成块，(4)将块状物料放入真空还原罐中进行反 应，获得金属蒸气并冷凝为凝聚态金属。

现有的真空硅热还原炼镁工艺主要存在三个问题，一是反应物为固态颗粒 组成的块状物，颗粒之间及块状物之间的热量传输、质量传输不畅，块状物中 心部难于受热，难于参与反应，资源、能源不易得到良好利用；二是反应过程 中反应物及生成的渣相处于静止状态，反应物之间的接触率低，甚至会出现渣 相隔离反应物，阻碍还原反应进行的情况，还原速度和还原率低；三是反应温 度高，反应时间长，利用硅铁炼镁的温度高达1300℃，时间长达8-10小时，能 耗高并严重影响还原罐的使用寿命。

本发明提供一种还原反应过程中还原剂呈液态，反应在“固相-液相”间 进行的热还原制备有色金属新方法。

发明内容

本发明针对在现有的热还原制备金属的方法中，颗粒状的反应物间不能充 分接触，反应不易进行、反应不易彻底等问题，提供一种能显著提高还原速度 和还原率的新方法。

为了达到以上目的，本发明的技术方案为：

1)准备热还原用原料：原料包括待还原的有色金属的氧化物、还原剂硅铜 合金、助剂氟化钙等。其中：待还原的有色金属的氧化物为MgO或Li₂O；还原 剂硅铜合金的组成为硅0.5-90％wt、铜10-99.5％wt，及铁、铝、锰中的一种 或几种，其固相线温度为500-1250℃；原料中硅铜合金的体积是其他组分总体 积的0.5-20倍；硅铜合金中硅的量是根据热还原化学反应式计算的理论需硅量 的1-20倍；氟化钙的用量为原料中非金属组分总量的0.5-5％wt。

2)反应物料经计量后装入还原罐，在真空度为1-20Pa、温度为1000- 1250℃下进行热还原，获得金属蒸气。

3)收集金属蒸气并冷凝得到凝聚态金属。

4)反应完成后，收集还原罐中剩余的金属物料并再次用于热还原制备有色 金属流程中，或者另作他用。

同时，还原反应过程中，可通过搅拌反应物料或旋转还原罐等措施，强制 扰动反应物料，促进反应进行。

与现有技术相比，本发明提供的方法实现了还原反应由“固相-固相”反 应向“固相-液相”的转变，进而大幅度改善反应过程中的热传传输、质量传 输条件，改善还原反应的动力学条件，实现还原速度和还原率的大幅提升，获 得良好的能源、资源的利用率及综合技术经济效益。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1：

(1)准备反应物料，反应物料由MgO、硅铜合金、CaO和CaF₂组成，其中 硅铜合金中各个组分原子比为：硅∶铜∶铁∶锰＝50∶45∶3∶2，硅铜合金的体 积是MgO、CaO和CaF₂体积之和的20倍，CaF₂的用量为反应物料中非金属 组分的0.5％wt，将MgO、CaO和CaF₂磨制成粉；

(2)将硅铜合金、MgO、CaO和CaF₂放入真空还原罐中，抽真空至1Pa， 加热至1100℃，通过电磁搅拌搅拌反应物料；

(3)进行热还原反应0.5小时，获得镁蒸气并冷凝得到凝聚态金属镁；

(4)回收反应后余下的硅铜合金并循环利用。

实施例2：

(1)准备反应物料，反应物料由MgO、CaF₂、硅铜合金组成，其中硅铜合 金中各个组分原子比为：硅∶铜∶铁∶锰＝50∶45∶3∶2，硅铜合金的体积是 MgO体积的20倍，CaF₂的用量为反应物料中非金属组分的0.5％wt，将MgO 磨制成粉；

(2)将硅铜合金、MgO、CaF₂放入真空还原罐中，抽真空至10Pa，加热至 1200℃，通过机械搅拌反应物料；