CN112501434B - 液态炼镁还原剂及其应用 - Google Patents
液态炼镁还原剂及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112501434B CN112501434B CN202011120987.2A CN202011120987A CN112501434B CN 112501434 B CN112501434 B CN 112501434B CN 202011120987 A CN202011120987 A CN 202011120987A CN 112501434 B CN112501434 B CN 112501434B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnesium
- alloy
- liquid
- smelting
- melting point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 81
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 54
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 52
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 27
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 16
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910000946 Y alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- 229910017767 Cu—Al Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910002796 Si–Al Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910008071 Si-Ni Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910006300 Si—Ni Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 7
- 229910001325 element alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 87
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 19
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 19
- 229910018619 Si-Fe Inorganic materials 0.000 description 18
- 229910008289 Si—Fe Inorganic materials 0.000 description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910018594 Si-Cu Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910008465 Si—Cu Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910008458 Si—Cr Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 6
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910006639 Si—Mn Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910018084 Al-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018192 Al—Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017566 Cu-Mn Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017871 Cu—Mn Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910003271 Ni-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018598 Si-Co Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910008453 Si—Co Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- -1 silicon aluminum iron Chemical compound 0.000 description 3
- 229910002058 ternary alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005347 FeSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910003573 SiAlFe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 2
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 2
- XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N iron silicon Chemical compound [Si].[Fe] XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000882 Ca alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005997 Calcium carbide Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004072 SiFe Inorganic materials 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N aluminum iron Chemical compound [Al].[Fe] CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- OSMSIOKMMFKNIL-UHFFFAOYSA-N calcium;silicon Chemical compound [Ca]=[Si] OSMSIOKMMFKNIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001089 mineralizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 229910021484 silicon-nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 2-[2-[2-[2-[bis[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]amino]-5-bromophenoxy]ethoxy]-4-methyl-n-[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]anilino]acetate Chemical compound CC1=CC=C(N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)C(OCCOC=2C(=CC=C(Br)C=2)N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)=C1 CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B5/00—General methods of reducing to metals
- C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
- C22B5/04—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by aluminium, other metals or silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
- C22B26/20—Obtaining alkaline earth metals or magnesium
- C22B26/22—Obtaining magnesium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种液态炼镁还原剂及其应用。所述液态炼镁还原剂为液态的含硅二元或多元合金，其中，所述合金中，硅含量为10％～95％，除硅以外的其他元素为：在镁的还原过程中随着硅含量的降低，使合金熔点不升高或使合金熔点降低的金属元素；所述液态炼镁还原剂的熔点低于1550℃。本发明该液态炼镁还原剂具有较低的熔点和较好的流动性，应用在液态热还原法炼镁中，可使反应具有良好的还原效果，合适的反应条件和较低的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及热还原法镁金属冶炼技术领域，特别是涉及一种液态炼镁还原剂及其应用。
背景技术
金属镁的冶炼方法分为二大类，即热还原法和电解法。
热还原法炼镁是指在高温下用还原剂将氧化镁还原成金属镁的方法。其按还原剂与被还原物的物理状态分类又可以分为：固态热还原法、半固态热还原法、液态热还原法。
热还原法炼镁中，可用的还原剂一般有：工业金属钙、硅钙合金、碳、碳化钙、铝、铝铁、硅铝合金、硅铝铁合金、工业硅、硅铁合金等。申请人经过不断研究发现：从还原剂的工业生产易得性、工业生产吨镁还原能耗、工业生产吨镁还原CO2排放、工业生产吨镁还原成本、金属镁收集纯度出发，比较各还原剂，发现各种还原剂用于金属镁还原的综合效果最终归结到含硅还原剂上。
现有的75％FeSi、SiAlFe合金效果在现有还原技术条件下对固态热还原法和半固态热还原法而言相对较好。但是，固态热还原法的还原效率低、周期长，75％FeSi的缺点在于：随着还原过程中Si的消耗SiFe的熔点逐渐升高，导致镁还原反应受限，当还原受限后还原元素Si被浪费。SiAlFe的缺点在于：Al价格较高，且在一定程度上Al易在真空条件下挥发，影响炼镁的纯度。现有的热还原法炼镁中的皮江法采用的是固相75％FeSi，其存在反应周期长、还原率低、能耗和污染大等明显的缺点。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的在于提供一种液态炼镁还原剂。该液态炼镁还原剂具有较低的熔点和较好的流动性，应用在液态热还原法炼镁中，可以使反应具有良好的还原效果，合适的反应条件，以及较低的生产成本。
本发明的另一个目的在于提供一种液态炼镁还原剂在液态热还原法炼镁中的应用。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一个方面，本发明提供的一种液态炼镁还原剂，所述液态炼镁还原剂为液态的含硅的二元或多元合金，其中，所述合金中，硅含量为10％～95％，除硅以外的其他元素为：在镁的还原过程中随着硅含量的降低，使合金熔点不升高或使合金熔点降低的金属元素；所述液态炼镁还原剂的熔点低于1550℃。
优选地，所述其他元素为Cu、Al、Fe、Ni、Mn、Cr、Co中的一种或多种。
优选地，所述液态炼镁还原剂为Si-X或Si-X-Y合金，其中，X为Cu、Al、Fe、Ni、Mn、Cr、Co中的一种，Y为Cu、Al、Fe、Ni、Mn、Cr、Co中的一种。
进一步地，所述液态炼镁还原剂可以为Si-Cu、Si-Cu-Ni、Si-Cu-Mn、Si-Al、Si-Cu-Al、Si-Fe、Si-Al-Fe、Si-Ni、Si-Ni-Fe、Si-Mn、和Si-Mn-Fe中的一种或多种。
优选地，所述液态炼镁还原剂的熔点低于1300℃。进一步地，所述液态炼镁还原剂，合金中硅含量为10％～75％。具体地，Si-Mn/Al/Cu的体系因其较宽的区间范围最为合适，Si-Co/Ni/Fe体系次之，Si-Cr体系范围最窄。
优选地，所述液态炼镁还原剂中，其他元素的饱和蒸气压低于镁的饱和蒸气压。更优选地，高温时，即温度不低于1300℃时，具有更低饱和蒸汽压的N i、F e、C u更适合组合成S i-X或S i-X-Y合金还原体系。
优选地，所述液态炼镁还原剂通过熔化法生产得到(硅或硅铁与对应的合金配料进行熔化)，或者通过工业冶炼炉直接生产得到。
根据本发明的一个方面，本发明提供的一种液态炼镁还原剂在液态热还原法炼镁中的应用。
优选地，在液态热还原法炼镁中，还原温度范围为1300～1550℃，还原体系真空度范围为10～6000Pa。例如，真空度范围可以为10～1000Pa、10～500Pa、20～400Pa等。
与现有技术相比，本发明液态炼镁还原剂(炼镁前)为液相体系，在满足含镁原料镁还原的前提下，在全还原浓度段其综合熔点低，可选择的还原温度也低，还原效果良好，可带来的还原成本大大降低，表现在还原实际能耗、CO2排放低、耐火材料消耗低、以及工业可操作性相对较好。具体地，本发明液态炼镁还原剂，表现在以下几个方面：
1)具有较低的熔点和较好的流动性；
2)具有良好的还原效果(还原率在85％～98％范围内)，即保证Si的活度；
3)其还原性适中，避免了过高的还原性导致副反应的发生；
4)其挥发性小；
5)可减轻液态炼镁的经济成本。
附图说明
图1是本发明中Si-Fe合金相图；
图2是本发明中Si-Al合金相图；
图3是本发明中Si-Cu合金相图；
图4是本发明中Si-Mn合金相图；
图5是本发明中Si-Cr合金相图；
图6是本发明中金属元素的温度-饱和蒸气压的关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
申请人经过不断研究总结出：对于液态热还原法而言，在满足含镁原料镁还原的前提下，在全还原浓度段综合熔点越低，还原温度也越低，还原效果良好，可带来还原成本的大大降低，表现在还原实际能耗、CO2排放低及耐火材料消耗低和工业可操作性相对较好。申请人基于：较低的熔点和较好的流动性；还原效果即保证Si的活度；还原剂的还原性以避免过高的还原性而导致副反应的发生；较小的挥发性；以及经济因素等多方面的综合考虑，对液态热还原法炼镁中的还原剂的选取进行了不断研究，得到了本发明液态炼镁还原剂。
本发明提供的液态炼镁还原剂为液态的含硅的二元或多元合金。所述合金中，除硅以外的其他元素为：在镁的还原过程中，随着硅含量的降低，使得合金熔点不升高或使得合金熔点降低的金属元素。液态热还原法炼镁过程中，随着Mg还原过程的进行，还原组分中Si不断被消耗，Si含量的变化势必引起还原体系熔点及流动性的变化，本发明中优先选择随Si含量降低熔点不升高甚至降低的体系，这样可以保证液态炼镁过程中具有较好的流动性。
本发明中，所述其他元素可以为Cu、Al、Fe、Ni、Mn、Cr、Co等中的一种或多种。虽然Cu、Mn、Ni等金属价格相对较高，用于固态热还原法或半固态热还原法时会导致吨镁还原成本的增加；但是，在液态热还原法中，由于还原剂终点仍然是液态低硅或低硅、低铝液态合金，这样就可以采用增硅、增铝的方法进行循环利用，或添加其他元素形成新的用途合金，从而冲淡了成本因数，使得工业应用具有广泛的实际意义。
本发明中，可选地，所述液态炼镁还原剂可以为Si-X或Si-X-Y合金，其中，X(第二元素)为Cu、Al、Fe、Ni、Mn、Cr、Co中的一种，Y(第三元素)为Cu、Al、Fe、Ni、Mn、Cr、Co中的一种。例如，所述液态炼镁还原剂可以为Si-Cu、Si-Cu-Ni、Si-Cu-Mn、Si-Al、Si-Cu-Al、Si-Fe、Si-Al-Fe、Si-Ni、Si-Ni-Fe、Si-Mn、Si-Mn-Fe等。上述液态炼镁还原剂合金中，Si和Al作为还原剂使用，Cu、Fe、Ni、Mn、Cr、Co作为降低合金熔点的元素使用。所述的三元系合金中，例如Si-Fe-X等，也可显著降低还原合金的使用成本和熔点。
本发明所选用的液态炼镁还原剂的熔点低于1550℃。更优选地，所述液态炼镁还原剂的熔点低于1300℃。例如，所述液态炼镁还原剂为熔点低于1550℃甚至1300℃的Si-X或Si-X-Y的二元或多元合金体系，随Mg还原过程的进行，还原组分中Si不断被消耗，Si含量的变化势必引起还原体系熔点及流动性的变化，所以，本发明中，优先选择随Si含量降低熔点不升高甚至降低的Si-X或Si-X-Y体系。为了保证所述还原剂的熔点小于1550℃尤其是熔点小于1300℃，所述还原剂中，常用硅含量应满足10％～95％；甚至优选地硅含量满足10％～75％，以对应液相线温度低于1300℃的范围。
图1-图5分别示出了本发明Si-Fe、Si-Al、Si-Cu、Si-Mn、Si-Cr的合金相图。
图1可以看出，当Si-Fe还原体系由75％Si含量逐渐降低时，该体系的液相线温度呈现起伏，尤其在Si含量为35％左右时液相线温度高于1400℃，在一定程度上将导致还原体系流动性与还原能力的下降。Si-Fe合金中，具体优选地，熔点小于1550℃时，Si含量不高于95％；熔点小于1300℃时，Si含量介于10～25％和45～75％。
图2可以看出，Si-Al还原体系随着Si含量降低，该体系的液相线温度逐渐下降，较大范围内随Si含量降低液相线温度下降，该还原体系具有较好的流动性。Si-Al合金中，具体优选地，熔点小于1550℃时，Si含量不高于95％；熔点小于1300℃时Si含量不高于75％。
图3可以看出，Si-Cu还原体系的液相线温度相对较低，在较大的合金组成范围内该体系的液相线温度可保持在1400℃甚至1300℃范围之内。Si-Cu合金中，具体优选地，熔点小于1550℃时，Si含量不高于95％；熔点小于1300℃时，Si含量不高于75％。
图4可以看出，Si-Mn还原体在较大合金组成范围内该液相线的温度在1300℃以内。Si-Mn合金中，具体优选地，熔点小于1550℃时，Si含量不高于95％；熔点小于1300℃时，Si含量不高于70％。
图5可以看出，在Si-Cr合金中，熔点小于1550℃时，Si含量不小于35％。
另外，在Si-Co合金中，具体优选地，熔点小于1550℃时，Si含量为15％～95％；熔点小于1300℃时，Si含量介于45～75％。
在Si-Ni合金中，具体优选地，熔点小于1550℃时，Si含量不高于95％；熔点小于1300℃时，Si含量不高于55％。
上述合金体系中，Si-Mn/Al/Cu的体系因其较宽的区间范围最为合适，Si-Co/Ni/Fe体系次之，Si-Cr体系范围最窄。本发明对二元合金做了具体描述，对于三元合金，其熔点要低于二元系。三元合金例如Si-Fe-Ni系，还原温度低于1300℃时，合金成分范围例如Si摩尔含量20％～30％、Ni摩尔含量40％～80％、Fe摩尔含量小于50％，例如Si摩尔含量40％～60％、Ni摩尔含量30％～50％、Fe摩尔含量10％～30％，此时真空度要小于50Pa，以满足液态还原合金对金属镁的还原。
本发明在液态还原法炼镁的还原过程中，要求Si-X或Si-X-Y合金的还原体系中，X具有较低的饱和蒸汽压，即饱和蒸气压低于镁，以避免/减少其挥发而混入镁蒸气中成为杂质元素。
图6示意性示出了本发明中多个元素的温度-饱和蒸气压的关系示意图，如图6所示，随温度升高饱和蒸气压增加，当***中的蒸汽压小于饱和蒸汽压时元素挥发，各元素饱和蒸汽压由小到大的顺序为：Si<Ni<Fe<Cu<Al<Mn<Mg<Na<K。具体地，如图6所示，对Fe而言，当温度低于1656℃时，其饱和蒸气压小于10Pa。对Ni而言，温度低于1682℃时，其饱和蒸气压小于10Pa，且其蒸气压最接近还原剂Si的挥发曲线。对Cu而言，当温度为1500℃时，Cu的饱和蒸汽压约为33Pa，高于皮江法还原蒸汽压(约10～13Pa)，可能导致铜金属的蒸发混入镁蒸汽中；当温度降至1300℃以下时，Cu的饱和蒸汽压小于2Pa。对于Al、Mn，相同温度时Al、Mn的饱和蒸汽压比Cu更高，当温度低于1200℃时，其饱和蒸汽压才会小于1Pa。
因此，高温时，例如不低于1300℃时，具有更低饱和蒸汽压的Ni、Fe、Cu更适合组合成Si-X或Si-X-Y合金还原体系。尽管Ni金属的价格比Al、Cu高的多，但是，在残液增硅循环利用工艺中，Ni不会被消耗且可以循环使用；其次，通过考虑Si-Fe-X的三元系合金组成，也可显著降低还原合金的使用成本和熔点。本发明采用低于饱和蒸气压低于镁的金属元素与硅形成合金体系，可以避免其他元素挥发后混入镁中形成杂质，也就是说，这样可以降低还原产物-Mg金属中的杂质含量。
本发明中，所述液态炼镁还原剂的制备方法，可以是通过配料熔化法或者通过工业冶炼炉等生产得到。例如，当Si-X或Si-X-Y合金作为液态热还原法炼镁的液态还原剂合金时，其制备方法可以是工业硅或硅铁与相应的X、Y合金金属配料熔化法生产；也可以工业冶炼炉直接生产而得到，例如，对于硅铝铁合金，根据生产工艺要求，可先熔化后兑入反应器中；也可固态加入反应器中然后再熔化作为还原剂熔池。
本发明还提供一种上述的液态炼镁还原剂在液态热还原法炼镁中的应用。其中，在液态热还原法炼镁中，还原的温度范围可以为1300～1550℃，真空度范围为10～6000Pa。例如，温度范围可以为1300℃、1400℃、1500℃等，真空度范围可以为10～1000Pa、10～500Pa、20～400Pa等。其中，对于不同的液态炼镁还原剂，在液态热还原炼镁过程中，实际选择的还原温度和真空度也相应不同。例如，当还原剂为Si-Cu合金时，还原温度1300℃时，真空度范围50～200Pa；还原温度1500℃时，真空度范围400～1000Pa。当还原剂为Si-Fe合金时，还原温度1300℃时，真空度范围10～50Pa；还原温度1500℃时，真空度范围100～400Pa。
对比例1
使用固态含有75％硅的硅铁合金进行镁金属的还原，以白云石为原料，硅铁为还原剂，萤石为矿化剂，先将煅烧后的白云石粉碎至200目左右，制成球团然后装入还原罐，在1200℃左右的高温和小于13.3Pa的真空下还原制得结晶镁，经精炼后铸成镁锭，单罐生产质量一般小于50Kg，冶炼周期8～10h，还原过程能耗大、生产效率低。
实施例1
以液态Si-Fe合金为例，液态热还原法炼镁的具体过程如下：
步骤一、制备液态炼镁还原剂Si-Fe合金。具体包括以下步骤：
(1)将选用的Si-Fe合金放入液态炼镁装置中，单块合金的粒度要小于炉口直径的2/3，形状无要求，进行合理铺底料操作，保证底部熔化良好；
(2)装入合适重量的Si-Fe合金后接通液态炼镁装置电源，通过感应加热使Si-Fe合金逐渐熔化，开始时采用大功率、大压强操作，待熔炼有较多液相后可适当降低功率和压强；
(3)装入的Si-Fe合金完全熔化后可通过上部料仓继续加入Si-Fe合金，此时应使用小粒度Si-Fe合金，避免加入后引起喷溅发生，保证低压强。
步骤二、液态热还原法炼镁。具体包括：
(1)液态炼镁装置中Si-Fe合金液相占据炉膛约1/3体积时，从装置上方加入含镁原料的小颗粒及萤石，使混合料进入液相Si-Fe合金熔池中；
(2)在还原温度1300℃，真空度为20Pa下进行还原，产生的镁蒸气经冷凝形成镁锭；
(3)当熔池中的Si-Fe还原合金较少时可加入含Si多的硅铁合金或者工业硅等，保证充足的还原合金；
经过检测，采用对比例1进行镁的冶炼，其还原率小于85％，反应周期8～10h，且是间断生产。采用本申请实施例1进行炼镁，其还原率高于90％，镁纯度略有降低，相比对比例1来说，该实施例1单位时间还原速率提高50％以上，而且本申请可以实现连续生产炼镁，单位时间产量提高、生产效率大幅提高。
本发明仅示例性地描述了液态Si-Fe合金采用液态热还原法炼镁的具体工艺，对于其他还原剂，例如液态Si-Cu、Si-Cu-Ni、Si-Cu-Mn、Si-Al、Si-Cu-Al、Si-Fe、Si-Al-Fe、Si-Ni、Si-Ni-Fe、Si-Mn、Si-Mn-Fe、Si-Cr、Si-Co等合金体系采用液态热还原法炼镁的具体工艺与其类似，还原参数均在本申请范围内，还原效率稍有所变化，但一般在85％～98％范围内，而且，Si-Ni等含Ni还原体系中Ni价格虽高，但在镁还原过程中，Ni并不消耗，是可以循环使用。可见，本申请采用液态炼镁还原剂炼镁，其还原温度低、还原成本低、还原效果良好、反应周期短，可连续进行生产，使得生产效率大幅度提高。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (3)
1.一种液态炼镁还原剂，其特征在于，所述液态炼镁还原剂为液态的含硅二元或多元合金，用于通过采用感应加热熔化后于1300～1500℃且真空度为10～200Pa下进行连续化的液态热还原法炼镁；
其中，所述合金中，硅含量为10%～95%，除硅以外的其他元素为：在镁的还原过程中随着硅含量的降低，使合金熔点不升高或使合金熔点降低的金属元素；所述液态炼镁还原剂的熔点低于1550℃，在满足含镁原料镁还原的前提下，在全还原浓度段综合熔点越低，还原温度也越低；
所述液态炼镁还原剂为Si-X或Si-X-Y合金，X元素为具有低于镁的饱和蒸气压的Al、Ni中的一种，Y元素为Cu、Al、Ni、Mn、Cr、Co中的一种；其中，
当X元素为Al时，Si含量不高于75%，形成合金的熔点小于1300℃；Si含量75%～95%，形成合金的熔点小于1550℃；
当X元素为Ni时，Si含量不高于55%，形成合金的熔点小于1300℃；Si含量55%～95%，形成合金的熔点小于1550℃。
2.根据权利要求1所述的液态炼镁还原剂，其特征在于，所述液态炼镁还原剂为Si-Al、Si-Cu-Al、Si-Ni中的一种。
3.一种根据权利要求1-2任一项所述的液态炼镁还原剂在液态热还原法炼镁中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011120987.2A CN112501434B (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 液态炼镁还原剂及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011120987.2A CN112501434B (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 液态炼镁还原剂及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112501434A CN112501434A (zh) | 2021-03-16 |
| CN112501434B true CN112501434B (zh) | 2023-04-14 |
Family
ID=74953935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011120987.2A Active CN112501434B (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 液态炼镁还原剂及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112501434B (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3994717A (en) * | 1970-04-06 | 1976-11-30 | Julian Avery | Metallothermic production of magnesium in the presence of a substantially static atmosphere of inert gas |
| FR2713243B1 (fr) * | 1993-11-30 | 1996-01-12 | Pechiney Electrometallurgie | Procédé de récupération du magnésium à partir de déchets d'alliages de magnésium. |
| CN1673398A (zh) * | 2004-03-25 | 2005-09-28 | 秦光明 | 硅铝合金在镁冶炼中作为还原剂的应用 |
| CN104561602B (zh) * | 2015-01-28 | 2017-09-19 | 牛强 | 硅铁浴梯级还原硅热法炼镁联产含铬铁合金液的方法 |
| CN111321310B (zh) * | 2020-02-10 | 2024-03-19 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 制备金属镁的方法和*** |
-
2020
- 2020-10-19 CN CN202011120987.2A patent/CN112501434B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112501434A (zh) | 2021-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111378848B (zh) | 提高gh4169合金返回料纯净度的电渣重熔用预熔渣及制备方法 | |
| CN100469932C (zh) | 一种v2o5直接合金化炼钢工艺 | |
| CN105112594B (zh) | 倾翻炉冶炼钒铁的方法 | |
| CN103146943A (zh) | 一种紫杂铜精炼剂及其制备方法 | |
| CN104561570A (zh) | 一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的使用方法 | |
| CN103468965A (zh) | 一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣及其制备方法和使用方法 | |
| CN101280366A (zh) | 再生铝低温熔炼法 | |
| CN101709384A (zh) | 一种提高电渣重熔钢锭质量的新型渣系 | |
| CN1040666C (zh) | 钛铁合金的制造方法 | |
| CN103627846B (zh) | 氧化钼直接合金化炼钢的方法 | |
| CN105002397A (zh) | K418铸造高温合金纯净化冶炼方法 | |
| CN105603257B (zh) | 高品质钛铁的生产方法 | |
| CN104762488A (zh) | 一种在电渣重熔过程中直接钒合金化的方法 | |
| WO2008068810A1 (ja) | 廃棄物から有価金属を回収する方法 | |
| CN112501434B (zh) | 液态炼镁还原剂及其应用 | |
| CN102839292A (zh) | 用于铝硅镇静钢脱氧的超低钛超低碳高硅铝铁合金及其制备方法 | |
| CN109487091B (zh) | 一种电渣重熔引弧剂及制备方法 | |
| CN1138864C (zh) | V2O3电铝热法冶炼FeV50工艺 | |
| CN105603204B (zh) | 奥氏体气阀钢重熔保护渣及其制备方法 | |
| WO2001086006A2 (en) | Improved process for the production of stainless steels and high chromium steels and stainless steelproduced thereby | |
| CN106636668A (zh) | 一种废旧电磁线铜精炼剂及其制备方法和应用 | |
| CN104946849B (zh) | 多元铝铁合金脱氧剂及其制备方法 | |
| CN106702285A (zh) | 一种压裂泵液力端用钢及其制备工艺 | |
| CN100412215C (zh) | 铜镍硅铁合金 | |
| CN105838969B (zh) | 重熔法生产钛铁的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |