碳化鈣用作冶鍊金屬鎂的還原劑的製作方法
2023-05-17 07:12:31
專利名稱：碳化鈣用作冶鍊金屬鎂的還原劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及有色金屬冶煉領域，屬於碳化鈣的應用技術，特別是將碳化鈣用作冶鍊金屬鎂的還原劑。
背景技術：
鎂的生產方法主要有電解法和矽熱法(皮江法)，在我國大部分採用皮江法工藝生產金屬鎂。
皮江法生產工藝中，還原劑的還原性能的好壞是決定金屬鎂生產的能耗、收率、生產效率和生產成本中的主要因素之一。目前國內絕大部分企業採用矽鐵作為還原劑。化學反應式如下(1)生產工藝是將白雲石煅燒分解為煅白(MgO·CaO)，再將煅白和還原劑、螢石(CaF2)等混合磨粉、壓成球後放入真空度為1~13Pa的還原罐中加熱，進行氧化還原反應；還原劑主要採用矽鐵，目前實際生產中絕大部分採用75#矽鐵。
其它新型還原劑的應用研究雖有報導，但實際中未見使用。
矽鐵作還原劑在應用中存在的問題1、能耗高。(1)式中矽鐵中的FeSi化合物基本不參與還原，但卻消耗大量的熱量；參與還原的矽，其活性、導熱性較差，還原時間長，相應增加了能源的消耗。
2、鎂的收率低。由於矽鐵還原效果差，加上其它原因，皮江法生產鎂的回收率在80％以下，20％的鎂未被回收，以Mg2SO4的形式殘留在廢渣中。
3、反應速率低。從(1)式我們知道，參與還原的主要是Si，而Si在還原反應中其活性比鈣、鋁、H2、C等差，產生的鎂的蒸氣壓也低，反應時間長(6～8小時)，速率低。
4、成本高。以75#矽鐵為例，游離矽佔68％，FeSi2佔32％，1mol75#矽鐵質量為54.95g/mol。
28.09×68％+(55.85+2×28.09)×32％＝54.95g/mol，還原1Kg鎂理論上需要消耗75#矽鐵為54.95/2×24.31＝1.13kg/kg·Mg。即生產1噸鎂需消耗1.13噸75#矽鐵，實際生產中在1.2噸左右。金屬鎂冶煉生產成本中，矽鐵還原劑佔生產成本的50％左右。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的缺陷將碳化鈣用作冶鍊金屬鎂的還原劑。
本發明按下述方案實現碳化鈣用作冶鍊金屬鎂的還原劑，是將碳化鈣與白雲石煅料及螢石的粉料混合、成球，在高溫和真空條件下進行還原反應製備金屬鎂；所述碳化鈣的用量為白雲石煅料中氧化鎂重量的50％-60％；所述還原反應的溫度為900-1100℃，壓力為1Pa-20Pa，還原反應時間4-5小時。
本發明用碳化鈣代替矽鐵作還原劑，原用矽鐵還原的工藝、設備不改變，只是工藝參數需要作調整。
具體化學反應方程式如下(2)根據(2)式反應自由能分析，反應式完全成立。
真空度達到10Pa以下時，還原溫度可以在1000℃以下，比矽鐵作還原劑時低200℃左右，還原時間縮短至4小時左右，單位時間產鎂量可提高50％以上，還原劑用量由(1)式計算，採用75#矽鐵，每公斤粗鎂用量為1.13Kg。由(2)式計算，採用碳化鈣(CaC2)每公斤粗鎂用量為0.88Kg。碳化鈣比矽鐵少0.25Kg。而且，碳化鈣的市場價格比矽鐵低得多。
具體實施例方式1、還原劑的用量。以75#矽鐵為例，游離矽佔68％(W)，FeSi2佔32％(W)，1mol75#矽鐵質量為54.95g/mol，在CaC2含量為90％(W)時，由(1)式計算，採用75#矽鐵，每公斤粗鎂用量為1.13Kg。由(2)式計算，採用CaC2碳化鈣每公斤粗鎂用量為0.88Kg。碳化鈣比矽鐵少0.25Kg。
碳化鈣配量計算W＝52×MgO％/CaC2％，式中52＝CaC2/3 MgO例取100kg煅白，MgO含量39％，CaC2含量90％碳化鈣配入量為W＝52×39％/90％＝22.53kg當CaC2含量80％時，W＝52×39％/80％＝25.35kg則瑩石(CaF2)配量q＝(100+W)×3％＝(100+25.35)×3％＝3.76kg爐料總量Q＝煅白100公斤+碳化鈣25.35公斤+瑩石3.76公斤＝129.11公斤。
2、反應溫度和真空度的控制從(2)式計算可知，當真空度P＝10Pa時，反應溫度T＝988℃，實際操作中反應溫度應控制在1000±20℃即可。
3、成球壓力的控制最佳成球壓力P＝1.4～1.5t/cm2，壓力大於1.5噸/cm2，鎂蒸汽不易逸出；壓力小於1.4噸/cm2，MgO和CaC2接觸的不緊密，影響還原效率。
4、球團的防潮因碳化鈣極易吸溼，產生乙炔氣體，遇明火燃燒。壓成球的球團應立即裝(牛皮紙)袋。防止吸溼同時也利於裝罐。
5、還原時間的控制矽鐵一個還原周期產鎂量18kg/罐，還原時間8小時，單位時間產鎂量2.25kg/h；碳化鈣小時產鎂量4.61kg/h，理論上還原時間為18kg/4.61kg/h＝3.9h≈4小時。
實際操作中還原時間應控制在4～5小時之間。
權利要求
1.碳化鈣用作冶鍊金屬鎂的還原劑，是將碳化鈣與白雲石煅料及螢石的粉料混合、成球，在高溫和真空條件下進行還原反應製備金屬鎂。
2.如權利要求1所述的碳化鈣用作冶鍊金屬鎂的還原劑，碳化鈣的用量為白雲石煅料中氧化鎂重量的50％-60％。
3.如權利要求1所述的碳化鈣用作冶鍊金屬鎂的還原劑，還原反應的溫度為900-1100℃，壓力為1Pa-20Pa，還原反應時間4-5小時。
全文摘要
本發明屬於碳化鈣的應用技術，是將碳化鈣用作冶鍊金屬鎂的還原劑，將碳化鈣與白雲石煅料及熒石的粉料混合、成球，在高溫和真空條件下進行還原反應製備金屬鎂。本發明用碳化鈣代替矽鐵作還原劑，原用矽鐵還原的工藝、設備不改變，只是工藝參數需要作調整。
文檔編號C22B5/00GK1920072SQ20051009694
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月27日 優先權日2005年8月27日
發明者秦光明 申請人:秦光明