[发明专利]一种以镁硅合金为还原剂的真空炼镁方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，特别涉及一种以镁硅合金为还原剂的真空炼镁方法。

背景技术

目前工业上生产金属镁的方法主要有两种：一种是以氯化物为原料的熔盐电解法，另一种是以硅铁合金为还原剂的真空金属热还原法。金属热还原法由于工艺简单，投资小，成本低且无腐蚀性气体产生，在逐渐地取代熔盐电解法。

近年来，学者们对真空金属热还原法进行了深入地研究，其中“一种以菱镁石和白云石混合矿物为原料的真空热还原法炼镁技术”（冯乃祥， 王耀武，《中国有色金属学报》 2011年10期），以及申请号为201210059438的中国专利“一种以硅钙粉为还原剂的真空炼镁方法”相继公开了分别以铝粉和硅钙合金为还原剂的真空炼镁方法，这些方法的核心内容是为了降低真空热还原法的料镁比和采用新的还原剂以最大限度地提高金属镁的单炉产量，降低能耗和生产成本。这其中，“一种以硅钙粉为还原剂的真空炼镁方法”公开的技术方案在理论计算上料镁比达到3.4，且还原剂价格相对便宜，尽管这种方法与硅热法相比可以达到较低的料镁比，但生产一吨金属镁，在镁还原率达到100%的情况下，需要3.4吨的原料。而实际生产时，镁的还原率可能在80%左右，还原剂的过量系数至少要在5%以上，尽管其最佳的料镁比能达到3.4:1，但是其实际的料镁比可能超过4.0:1。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种以镁硅合金为还原剂的真空炼镁方法，是以白云石或以菱镁石和石灰石的混合物经煅烧后所形成的CaO·MgO或CaO和MgO混合物为原料的真空热还原法生产金属镁，目的在于最大限度地降低真空热还原炼镁的料镁比，从而达到最大限度地提高镁冶炼生产的经济效益和生产效率，此外，该方法特别适用于以白云石矿为原料的采用金属热还原法生产金属镁的冶炼企业使用。

一种以镁硅合金为还原剂的真空炼镁方法，按照以下步骤进行：

   （1）原料煅烧：以白云石，或者菱镁石与石灰石的混合物为原料，将白云石煅烧到1000-1300℃，细磨成粒度＜1.0mm的粉末，或者分别将菱镁石煅烧到800-1000℃，将石灰石煅烧到1000-1300℃，然后细磨成粒度＜1.0mm的粉末后混合，控制白云石中CaCO₃和MgCO₃摩尔比为1：1，菱镁石与石灰石的混合物中MgO和CaO的摩尔比等于1：1；

   （2）配料：将煅烧且磨细后粉末原料与粒度＜1.0mm的硅镁合金粉还原剂按化学反应方程式（1）进行配料，还原剂的配入量按化学反应方程式（1）理论配料量的1.01-1.20倍；

2(1-x)CaO + 2(1-x)MgO + Mg_xSi_(1-x) = (2-x)Mg + (1-x)[2CaO·SiO₂]       (1)；

式中：x是所述的硅镁合金中Mg的重量百分比，且0＜x＜3/4；

（3）制团：将上述配料混合均匀后，在40-300MPa的压力下压制成团块料或球团料；

（4）还原：将团块料或球团料置于真空反应器中，在1000-1300℃的温度和真空度＜80Pa的真空条件下进行还原，还原物料中的氧化镁被镁硅还原剂还原生成的镁形成蒸气，在真空反应器上部的结晶器上结晶成金属镁，还原反应后剩余的渣料，其主要成分为2CaO·SiO₂，如真空还原反应方程式（1）所示。

其中，步骤（1）中控制白云石中CaCO₃和MgCO₃摩尔比为1：1的方法是：当白云石原料中的CaCO₃和MgCO₃摩尔比小于1时，加入石灰石或煅烧后成分为CaO的矿石或化合物，当白云石原料中CaCO₃和MgCO₃摩尔比大于1时，加入菱镁石、水镁石或煅烧后化学成分为MgO的矿石或化合物。

控制菱镁石与石灰石的混合物中MgO和CaO的摩尔比等于1：1的方法是调节菱镁石与石灰石的混合重量比。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明方法是以Mg_xSi_(1-x)合金为还原剂，对原料进行真空热还原，发生的反应方程式是：2(1-x)CaO + 2(1-x)MgO + Mg_xSi_(1-x) = (2-x)Mg + (1-x)[2CaO·SiO₂]，由还原反应方程式（1）可以看出：