[发明专利]一种基于单质硅滤材的气相镁纯化的方法与装置

说明书

本发明提供一种基于单质硅滤材的气相镁纯化的方法，所述方法采用单质硅滤材对镁蒸气进行过滤。在一定的温度和真空度范围内，单质硅一方面不与镁蒸气进行反应，不会给体系带来新的杂质；另一方面，单质硅与镁蒸气中的Ca、Al、Mn具有特殊的亲和性，能够与硅形成更稳定的固溶体；同时单质硅能够作为镁蒸气中杂质形核的位点，降低形核能垒，使某些杂质提前沉积，脱除杂质。本发明提供的方法能够应用于工业化大规模的气相镁纯化中，通过提高温度来成数量级的提高镁纯化的生产效率，使镁原料中杂质Mn含量下降至4ppm以下、Al含量下降至10ppm以下、Ca含量下降至10ppm以下，得到的镁的纯度在99.99％以上。

技术领域

本发明属于金属镁纯化技术领域，具体涉及一种基于单质硅滤材的气相镁纯化的方法与装置。

背景技术

镁合金具有密度低、阻尼减震性强、电磁屏蔽性能优异和回收成本相对低廉等优点，因此被视为“21世纪绿色环保工程结构材料”及重要战略物资。目前镁纯化领域存在产品整体纯度低(仅为99.90％)，杂质元素种类多(主要含有Mn、Al、Ca、Si、Fe、Ni等)、含量波动大等痼疾。这些痼疾使镁合金的性能严重劣化，进而导致其实际应用远逊于预期。

目前纯化镁的主要方法有两种：熔剂精炼法和真空蒸馏法。前者的优点是可以实现原镁的大批量纯化，但由于精炼剂不与还原镁锭的Mn、Al、Fe和Ni等杂质元素反应，因此很难生产纯度99.95％以上的镁；后者的优点是可以制备出纯度高达99.9999％(不计入Zn含量)的超高纯镁，缺点是制备效率低、成本高，不能满足工业化大规模生产的需求。

调研表明，镁产业不同用户对金属镁的不同杂质含量有着特殊的要求。例如：作为高电位牺牲阳极的金属镁，不仅要求镁含量要在99.95％以上，同时要求Fe30ppm，Si100ppm，Al100ppm；作为还原剂生产海绵钛，要求镁含量要在99.95％以上，同时要求Fe30ppm，Mn150ppm，Si100ppm。因此发展一种能够低成本高效率的生产高纯镁(99.95％)，特别是能针对性地降低某几种特定杂质的技术不仅是必要的，而且是迫切的。

专利CN203429230U、CN208562489U、CN201024206Y中提到在皮江法还原罐口设置“捕获器”、“堵截器”或“过滤器”，在皮江法还原罐口设置一些特殊几何结构，拦截粉尘或某些预冷凝物，但是总体纯化效果有限，更不能针对性地去除某种或某几种杂质。

此外，现有技术中纯化镁的方法也有采用滤材辅助除杂的气相沉积的方法，但是一般滤材采用不锈钢纤维或者是不锈钢纤维结合铜纤维的方法，不锈钢不适用于镁蒸气压过高的工况，适用于加热温度较低—低温升华的工况，因此镁纯化的效率低，高纯镁的产量极低。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本发明提供一种基于单质硅滤材的气相镁纯化的方法与装置。所述方法通过将镁原料加热至镁蒸气，然后使镁蒸汽通过单质硅滤材，脱除镁蒸气中的杂质，从而得到高纯镁。

本发明的目的是提供一种基于单质硅滤材的气相镁纯化的方法。

本发明的另一目的是提供一种实现上述气相镁纯化方法的装置。

本发明提供的一种种基于单质硅滤材的气相镁纯化的方法，包括以下步骤：

(1)将镁原料放置于密封的坩埚中的反应区，对坩埚内部进行抽真空处理；

(2)采用加热机构加热镁原料至产生镁蒸气，使镁蒸气通过单质硅滤材，在坩埚远离反应区的结晶器上冷凝得到高纯镁。