CN201195740Y - 真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉 - Google Patents

真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉 Download PDF

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Abstract

一种真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,坩锅熔炼室顶部装有炉顶聚排气室,炉顶聚排气室的顶部和侧面分别通过装设有双保险阀门的管道和排气管与真空加料器和冷凝器相连,坩锅熔炼室底部与水冷真空储料斗连接,水冷真空储料斗下部通过装设有双保险阀门的管道与排料漏斗连接;冷凝器底部通过装设有双保险阀门的管道与真空容器连接;真空加料器、坩锅熔炼室、水冷真空储料斗、排料漏斗和真空容器均通过装有高真空蝶阀或双保险阀门的管道与罗茨旋片真空机组相连;冷凝器通过一熔炼及冷凝***抽气管和真空过滤冷却器与罗茨旋片真空机组连接;该真空熔炼设备同样适用于其它有色金属氧化物的真空碳热还原技术。

Description

真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉
技术领域
本实用新型涉及一种矿物的真空熔炼设备,尤其是一种真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉。
背景技术
一、目前镁的生产方法一直采用加拿大的皮江法,皮江法又称白云石硅热还原法,根据其化学反应式及摩尔量理论计算可知:每生产出一吨镁必须消耗8吨原料,实际上大多数镁厂需要10吨原料才产出1吨镁。
皮江法还存在如下严重缺点:
1、皮江法是用煤气或燃油直接烧还原罐的外壁至1200℃,通过还原罐把热传给炉料,因此对还原罐材料要求太苛刻,要求耐高温、抗氧化、高强度、而高温气态镁和液态镁的腐蚀,还要高温下不变形、不开裂,有良好导热性。我国镁厂选用的罐体材料是价格昂贵的高铬镍不锈钢,但实际上任何不锈钢材料都无法满足上述苛刻要求,因此皮江法的致命点之一是还原罐使用寿命短、耗材高、成本高。
2、由于不锈钢罐体最高使用温度为1200℃,还原温度不够,还原速度慢,还原率很低,因此镁的最高回收率仅75%,有些厂家回收率只能达到60%,镁资源浪费大。
3、皮江法每炼出1吨镁需要消耗8~10吨原料,其中硅铁还原剂的用量很大,价格昂贵、成本很高。
4、镁的产出量只占投料量的10~12%,说明绝大多数能量是消耗在废渣上,能耗大是皮江法的又一致命缺点。
5、镁的亲氧性很高,一旦罐体产生微小裂纹,漏入很微量的空气,罐内的气态和液态镁立即剧烈燃烧,不但得不到产品镁,难免发生***事故,后果不堪设想,安全问题是皮江法炼镁的又一缺点。
二、金属硫化物常规熔炼装置中存在的问题:
现以二硫化钼(MoS2)提取钼为例:常规方法是首先将MoS2进行氧化焙烧,使硫化物变成氧化物(MoO3),再进行常规的还原熔炼或湿法熔炼。存在的问题是工艺流程复杂,环境污染严重,设备投资大,首先氧化焙烧无法避免SO2的污染,即使设立制酸***,也同样有污染,只是污染程度不同而已。若SO2浓度达不到制酸条件,也难以制成硫酸。湿法熔炼同样存在废水废气的污染。
实用新型内容
针对以上不足,本实用新型提出一种真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,炉型用于真空碳热还原方面,可把多种高熔点有色金属氧化物用碳还原出相应的金属。如在真空条件下加热,可用碳把氧化镁还原成金属镁,同时产出副产品CO,用于真空热分解方面,可把多种高熔点金属硫化物分解出相应的金属,同时产出副产品硫磺。如MoS2在真空条件下加热,可直接分解出金属钼,同时产出副产品硫磺。又如:毒砂矿在真空条件下加热,可直接从毒砂矿中一步得到金属砷产品等。这种炉型之所以能把多工序的复杂熔炼过程简化为简单的还原或分解过程,其重要原因是在真空条件下熔炼,可使化学反应所需的温度降低很多,随之熔炼难度也相应降低,不仅解决了环保问题,还得到有价值的副产品。该真空熔炼设备同样适用于其它有色金属氧化物的真空碳热还原技术。
本实用新型的目的是通过如下方式来实现的:
一种真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,包括真空加料器、坩锅熔炼室、水冷真空储料斗、炉底液压升降排料装置、排料漏斗,冷凝器,真空容器、由中频变频电器***、电热电容器装置和中频感应器组成的中频感应加热装置,罗茨旋片真空机组、可升降式真空容器移动小车、料车,中频感应器套装于坩锅熔炼室外面,其特征在于:坩锅熔炼室顶部装有炉顶聚排气室,炉顶聚排气室的顶部和侧面分别通过装设有双保险阀门的管道和排气管与真空加料器和冷凝器相连,坩锅熔炼室底部与水冷真空储料斗连接,水冷真空储料斗下部通过装设有双保险阀门的管道与排料漏斗连接;冷凝器底部通过装设有双保险阀门的管道与真空容器连接;所述的真空加料器、坩锅熔炼室、水冷真空储料斗、排料漏斗和真空容器均通过装有高真空蝶阀或双保险阀门的管道与罗茨旋片真空机组相连;冷凝器通过一熔炼及冷凝***抽气管和真空过滤冷却器与罗茨旋片真空机组连接。
所述的坩锅熔炼室内部中心位置垂直安装有中心聚排气管,中心聚排气管上端与炉顶聚排气室相通,下端与位于水冷真空储料斗内的炉底液压升降排料装置的活塞杆连接,炉底液压升降排料装置带动中心聚排气管一起下降使坩锅熔炼室和水冷真空储料斗贯通。
所述的坩锅熔炼室是用不导磁、不导电、耐高温、高强度、高气密性的材料制成。
所述的装在坩锅熔炼室外部的真空炉壳用不导电、耐高温、高强度、高气密性的材料制成。
所述的坩锅熔炼室与真空炉壳之间的缝隙装填有厚为100~150毫米的绝热材料。
所述的冷凝器内装设有5~10层冷凝罩,每层冷凝罩上钻有数千小孔,冷凝罩的下端设有冷凝液汇流盘,冷凝液汇流盘经装有双保险阀门的管道与真空容器相连。
所述的中频变频电器***与电热电容器装置按常规用铜排连接,电热电容器装置与中频感应器按常规用水冷电缆连接,中频感应器紧套在真空炉壳的外圆柱面上。
所述的中频变频电器***内装设有真空测量装置、真空报警装置、自动控温及温度显示装置、罗茨真空泵的压差自动启动装置。
所述的两套真空机组分别安装在熔炼室的左右两侧,左侧的机组依次通过电磁带放气真空阀,高真空蝶阀与真空收尘器连接,真空收尘器再通过真空主管道分别与带有双保险阀门的真空加料器、水冷真空储料斗和排料漏斗相并联;右侧的真空机组依次通过电磁带放气真空阀、高真空蝶阀和真空过滤器相连,真空过滤器再通过熔炼及冷凝***抽气管与冷凝器和真空容器相并联。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图中各部件标号如下:加料器密封盖1,真空加料器2,高真空蝶阀3a、3b、3c、3d、3e,双保险阀门4a、4b、4c,排气管5,炉顶聚排气室6,真空主管道7,中心聚排气管8,自动控温装置9,中频变频电器***10,电热电容器装置11,中频感应器12,绝热材料13,坩锅熔炼室14,真空炉壳15,水冷真空储料斗16,炉底液压升降排料装置17,液压装置18,排料漏斗19,真空收尘器20,电磁带放气真空阀21a、21b,罗茨旋片真空机组22a、22b,真空过滤冷却器23,真空容器移动小车24,真空容器25,冷凝液汇流盘26,多层冷凝罩27,熔炼及冷凝***抽气管28,冷凝器29,料车30,排料密封盖31。
具体实施方式
本实用新型由以上部件组成一个可连续性大规模生产的真空熔炼装置,实现了真空加料、真空排渣、真空排料,用于收集产品及副产品等所用的真空容器,在更换这些真空容器时,都实现了真空化操作,使整个熔炼***在长期连续熔炼的过程中,始终确保高真空状态。
熔炼室的真空炉壳15是用不导磁、不导电、耐高温、高强度、高气密性的材料制成;熔炼室的绝热材料13是用绝热性能特好的材料制成,坩锅熔炼室14采用高密度、高导电性能、耐高温、耐高温金属气体及液体腐蚀的材料制成。熔炼室的中心聚排气管8和炉顶聚排气室6能将化学反应产出的气体迅速经排气管5排入冷凝器29,并迅速将气态物冷凝为液态物,最后流进真空容器25成为固态产品。
真空加料器2是由加料器密封盖1,双阀门4,高真空蝶阀3组合而成,加料时不会漏气到熔炼***内,加料过程确保整个熔炼***处于高真空状态。
水冷真空储料斗16是一个水冷真空容器,其内设有炉底液压升降排料装置17及液压装置18,下部设有排料双保险阀门4b及高真空蝶阀3b。水冷真空储料斗能使排入其中的高温物料在其内冷却,防止料排入大气时见空气燃烧。
水冷真空储料斗16底部通过装设有双保险阀门4b的管道与排料漏斗19连接,在双保险阀门4b的两个阀门联接管的正中央通过一装设有高真空蝶阀3b的真空抽气管与真空主管道7连接。在排料时,大气不会从双阀门漏入熔炼***内,确保排料过程中熔炼***处于高真空状态。
冷凝器29的水冷外壳内设有5~10层冷凝罩27,每层冷凝罩上钻有数千小孔。冷凝罩的下端设有冷凝液汇流盘26,冷凝液以汇流盘流经双阀门4c,进入真空容器25。
在双保险阀门4a、4b、4c的两个双保险阀门连接管的正中处设有带高真空蝶阀3a、3b、3c的真空抽气管,这种结构使从真空加料器2加料时或更换真空容器25时,大气不会经过双保险阀门漏入坩锅熔炼室14或冷凝器29内。
中频感应器12属外感应加热,它紧套在特殊材料制成的真空炉壳15的外圆柱面上,中频感应器和电热电容器装置11之间按常规技术用水冷电缆连接。电热电容器装置和中频变频电器***10用铜排连接。中频变频电器***10内设有真空测量装置、真空报警装置,自动控温及温度显示装置,罗茨真空泵的压差自动启动装置等。这种感应加热装置最显著的特征是:它克服了常规真空感应炉和常规真空电阻炉一直存在的真空放电现象。因此它可以不受大电流、高电压、大功率的限制,能适应大规模生产的需要。
两套真空机组22,分别安装在熔炼***的左右两侧,左侧的机组通过电磁带放气真空阀21b,高真空蝶阀3d,真空收尘器20,再通过真空主管道7分别与双保险阀门、真空加料器2、水冷真空储料斗16、排料漏斗19相并联;右侧的真空机组22a,分别通过电磁带放气真空阀21a,高真空蝶阀3e,真空过滤器23,再通过熔炼及冷凝***抽气管28与熔炼和冷凝装置相并联。两台真空机组并联式安装,无论加排料过程或更换真空容器过程,都能确保整个熔炼***始终处于高真空状态。
操作步骤如下:
1、原料入炉前的准备工作:粉状还原煤,粉状摧化剂,三者按规定比例混合,再加入少量粘结剂搅拌后,压制成小球团,球团经真空烧结后,即可放入真空加料器2内。
2、启动两套真空机组22a及22b,对整个***冷态抽真空,使真空度达到1~5%。
3、启动由中频电器***10、电热电容器装置11、中频感应器12组成的感应加热***,并将功率调至规定值。
4、对真空加料器2抽真空:首先关闭高真空蝶阀3a和双阀门4a,打开加料器密封盖1,将球团放入真空加料器2中,直至装满为止,然后盖好加料器密封盖,打开高真空蝶阀3a,对真空加料器2抽真空。
5、排出坩锅熔炼室14内上一炉的物料或废渣:操纵炉底液压升降排料装置17、和液压装置18,使炉底下降,将物料或废渣从坩锅熔炼室14排入水冷真空储料斗16,以使其迅速冷却。
6、原料入炉:关闭高真空蝶阀3a,打开加料双阀门4a,使真空加料器2内的球团落入坩锅熔炼室14,熔炼即开始。
7、排物料或废渣:打开水冷真空储料斗下部的排料双保险阀门4b,当水冷真空储料斗16内的废渣全部进入排料漏斗19后,立即关闭双保险阀门4b及高真空蝶阀3b,再打开排料密封盖31,使物料或废渣全部排入料车30内,排完物料或废渣后立即关闭排渣双保险阀门4b,打开阀门高真空蝶阀3b,使排渣漏斗立即恢复真空状态。
8、产品的冷凝及收集:随着坩锅熔炼室14内化学反应的进行,不断产出镁蒸气及CO,Mg蒸气和CO通过中心聚排气管8迅速进入炉顶聚排气室6,再通过排气管5排入冷凝器29。Mg蒸气在冷凝器29内,通过多层钟罩式冷凝罩27冷凝为液态镁。液态Mg滴入冷凝液汇流盘26,经双保险阀门4c流入真空容器25,并逐渐由液态Mg变成固态Mg。而CO则通过冷凝器29、熔炼及冷凝***抽气管28、真空过滤器23降温后,进入真空机组22a,再由真空机组22a排入CO收集器以备利用。
9、更换真空容器25:当固态Mg装满真空容器25后,关闭上部双保险阀门4c,同时打开高真空蝶阀3c,旋下真空容器25法兰上的螺栓,操纵真空容器移动小车24上的升降装置,使真空容器下降并移位后,吊走装满产品Mg的真空容器25,再换上空的真空容器25就位,上螺栓即可。由于更换真空容器的过程中关闭双阀门4c,同时打开了高真空蝶阀3c,两个双保险阀门的连接管的正中抽真空,因此在更换真空容器时,其中一个阀门虽接触大气,难免大气会漏到两个阀门中间,但正好在此抽着真空,漏入其中的气不会再漏入另一阀门端的真空***中去,确保了熔炼***的高真空状态。
10、真空机组的工作特点:两台真空机组22a及22b,分别通过真空主管道7和熔炼及冷凝***抽气管28,安装在熔炼***的两侧,两台真空机组始终长期连续地工作着。若真空机组或某处密封件出了问题,真空度达不到规定要求时,真空自动报警器就立即自动报警,并同时自动切断电源,自动关闭电磁带放气真空阀21a及21b,使断电后***内仍保持着原有的真空状态。待熔炼***内的温度下降到安全温度后,再处理故障,因此无论出现什么意外的故障,都不会造成安全事故。
以氧化镁为原料真空碳热还原法提炼金属镁时,化学反应式如下:
MgO÷0.8÷0.95+1.5C+0.1CaF2=Mg+CO+0.1CaF2,按原子量计算:
MgO品位 MgO回收率 过量系数 比例系数
40.30÷0.8÷0.95+1.5×12+0.1×59.08=24.31+28
77=24.31+28
反应式的左边为参加反应物原料的总量,反应式的右边为有用生成物的量。
77:24.31:28=3.17:1:1.15
根据摩尔量计算所得出的比例式说明,3.17吨原料可产出1吨镁,同时还产出1.15吨CO的副产品。1.15吨CO是个很可观的能量收入。而皮江法8~10吨原料才产出一吨镁,而且还没有CO的副产品,可见二者的利润空间悬殊很大。
任何金属在真空条件下熔炼,都可不同程度的降低化学反应所需的温度,因而也就能不同程度的降低熔炼难度,同时又能解决环保问题。
二硫化钼真空热分解提取金属钼化学反应式如下:
MoS2=Mo+S2
159.94:95.94:64=1.67:1:0.67
根据摩尔量计算所得出的比例式说明,用钼精矿真空热分解可一步得到高熔点金属钼粉,同时产出副产品硫磺。MoS2的真空热分解熔炼,不仅大大简化了冶炼工序及大大降低了冶炼成本,更重要的是从根本一消灭了SO2产生的条件,即从根本上解决了环保问题。

Claims (9)

1.一种真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,包括真空加料器(2),坩锅熔炼室(14),水冷真空储料斗(16),炉底液压升降排料装置(17),排料漏斗(19),冷凝器(29),真空容器(25),由中频变频电器***(10)、电热电容器装置(11)和中频感应器(12)组成的中频感应加热装置,罗茨旋片真空机组、可升降式真空容器移动小车(24)、料车(30),中频感应器(12)套装于石墨坩锅熔炼室(14)外面,其特征在于:坩锅熔炼室(14)顶部装有炉顶聚排气室(6),炉顶聚排气室(6)的顶部和侧面分别通过装设有双保险阀门(4a)的管道和排气管(5)与真空加料器(2)和冷凝器(29)相连,坩锅熔炼室(14)底部与水冷真空储料斗(16)连接,水冷真空储料斗(16)下部通过装设有双保险阀门(4b)的管道与排料漏斗(19)连接;冷凝器(29)底部通过装设有双保险阀门(4c)的管道与真空容器(25)连接;所述的真空加料器(2)、坩锅熔炼室(14)、水冷真空储料斗(16)、排料漏斗(19)和真空容器(25)均通过装有高真空蝶阀(3)或双保险阀门(4)的管道与罗茨旋片真空机组相连;冷凝器(29)通过一熔炼及冷凝***抽气管(28)和真空过滤冷却器(23)与罗茨旋片真空机组连接。
2.如权利要求1所述的真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,其特征在于:坩锅熔炼室(14)内部中心位置垂直安装有中心聚排气管(8),中心聚排气管(8)上端与炉顶聚排气室(6)相通,下端与位于水冷真空储料斗(16)内的炉底液压升降排料装置(17)的活塞杆连接,炉底液压升降排料装置(17)带动中心聚排气管(8)一起下降使坩锅熔炼室(14)和水冷真空储料斗(16)贯通。
3.如权利要求1所述的真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,其特征在于:坩锅熔炼室(14)用不导磁、不导电、耐高温、高强度、高气密性的材料制成。
4.如权利要求1或3所述的真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,其特征在于:装在坩锅熔炼室(14)外部的真空炉壳(15)用不导电、耐高温、高强度、高气密性的材料制成。
5.如权利要求1所述的真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,其特征在于:坩锅熔炼室(14)与真空炉壳(15)之间的缝隙装填有厚100~150毫米的绝热材料(13)。
6.如权利要求1所述的真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,其特征在于:冷凝器(29)内装设有5~10层冷凝罩(27),每层冷凝罩上钻有数千小孔,冷凝罩的下端设有冷凝液汇流盘(26),冷凝液汇流盘经装有双保险阀门(4c)的管道与真空容器(25)相连。
7.如权利要求1所述的真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,其特征在于:中频变频电器***(10)与电热电容器装置(11)按常规用铜排连接,电热电容器装置(11)与中频感应器(12)按常规用水冷电缆连接,中频感应器(12)紧套在真空炉壳(15)的外圆柱面上。
8.如权利要求1所述的真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,其特征在于:中频变频电器***(10)内装设有真空测量装置、真空报警装置、自动控温及温度显示装置、罗茨真空泵的压差自动启动装置。
9.如权利要求1所述的真空热还原及热分解提取镁及钼的专用炉,其特征在于:两套真空机组(22)分别安装在熔炼室的左右两侧,左侧的机组(22b)依次通过电磁带放气真空阀(21b),高真空蝶阀(3d)与真空收尘器(20)连接,真空收尘器(20)再通过真空主管道(7)分别与带有双保险阀门的真空加料器(2)、水冷真空储料斗(16)和排料漏斗(19)相并联;右侧的真空机组(22a)依次通过电磁带放气真空阀(21)、高真空蝶阀(3)和真空过滤器(23)相连,真空过滤器(23)再通过熔炼及冷凝***抽气管(28)与冷凝器(29)和真空容器(25)相并联。
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