技术领域
[0001] 本
发明属于
冶金技术领域，特别涉及一种炼镁还原渣的综合利用方法。
背景技术
[0002] 目前世界上85％以上的金属镁是采用
硅热法生产的，现在世界范围内，应用的硅热法主要为皮江法和内
电阻加热法。无论是皮江法还是内电阻加热法，其所用还原剂均为硅
铁，原料均为白
云石，两者的区别只在于加热方式不同。应用硅铁为还原剂的硅热法炼镁技术，每生产一吨镁要消耗10吨以上的白云石和一吨以上的硅铁，同时产生5吨以上的炼镁还原渣。
[0003] 炼镁还原渣的主要成份是原
硅酸钙，除此之外还含有4～7％的MgO和部分未参与还原反应的硅铁及其它一些杂质。炼镁还原渣中以硅铁形式存在的硅约为3-5％，铁约在5％左右；炼镁还原渣含
氧化钙约50～60％，氧化硅约28～35％(含未反应的硅)；炼镁还原渣主要用于做
水泥原料或用于生产各种砖，但由于还原渣中含氧化镁量较高，
水泥厂添加量有限，而制砖利润较低，用量也有限，因此大部分的炼镁还原渣均被直接丢弃或填埋了，这无疑会造成环境问题；因此，炼镁还原渣的处理问题已成为制约镁
冶炼行业可持续发展的一个主要问题。
发明内容
[0004] 针对现有硅热法生产金属镁形成的炼镁还原渣处理技术存在的上述问题，本发明提供一种炼镁还原渣的综合利用方法，该方法以炼镁还原渣为原料，以炭质材料为还原剂，先进行熔炼生产硅钙铁
合金，硅钙铁合金用于作为炼镁还原剂返回还原镁工序，或进行
真空蒸馏获得金属钙和硅铁合金，硅铁合金用于作为还原剂返回炼镁工序，在不产生二次污染的同时，高效利用还原渣废料。
[0005] 本发明的方法包括以下步骤：
[0006] 1、将粉末状的炼镁还原渣、硅石粉、炭质还原剂和粘结剂混合均匀，制成混合物料；其中硅石粉的用量为炼镁还原渣
质量的0.4～2.0倍；炭质还原剂的用量按其中的固定
碳与氧化钙、氧化硅和氧化镁完全反应计算，所依据的反应式为：
[0007] CaO+C＝CO+Ca (1)、
[0008] SiO2+C＝Si+CO (2)
[0009] 和MgO+C＝Mg+CO (3)；
[0010] 粘结剂的用量为炭质还原剂总质量的90～100％；
[0011] 2、将混合物料制成球团，然后烘干；
[0012] 3、将烘干后的球团采用
电弧炉进行熔炼，熔炼后形成液态的硅钙铁合金沉积在
电弧炉底部；
[0013] 4、将液态的硅钙铁合金排出后，倒入
铸锭机中浇注成硅钙铁合金
块；获得的硅钙铁合金块直接作为成品或进行步骤5；
[0014] 5、将硅钙铁合金块
破碎成粒度≤10cm碎块，放入真空蒸馏罐中，在真空度为0.1～50Pa的条件下加热到900～1250℃进行真空蒸馏，时间为2～12h；真空蒸馏过程中保持真空度为0.1～50Pa；真空蒸馏完成后，钙被蒸馏出来并在冷凝成为固态金属钙，剩余物料为硅铁合金。
[0015] 上述的炼镁还原渣的成分按质量百分比含MgO 4～7％，SiO2 25～32％，CaO 60～66％，Fe2O33～5％。
[0016] 上述方法中，步骤3中熔炼前向电弧炉中添加废铁，控制最终获得的硅钙铁合金中，钙的质量百分比为29～50％，硅的质量百分比为40～70％，铁的质量百分比为1～15％。
[0017] 上述的硅石粉的粒径≤0.15mm，所述的炭质还原剂的粒径≤0.15mm。
[0018] 上述的炭质还原剂选用
煤、
焦炭、兰炭、煅后无燃煤、
石油焦和/或冶金焦。
[0019] 上述的粘结剂选用亚
硫酸纸浆粘结剂、
膨润土、水玻璃或其它有机粘结剂。
[0020] 上述方法中，步骤2中制成球团时制团压
力为50～150MPa，烘干时的
温度50～250℃，烘干时间2～8h。
[0021] 上述方法中，步骤3中熔炼时每隔2～10h排出液态的硅钙铁合金。
[0022] 上述方法中，步骤3中熔炼时，原料中的部分CaO、SiO2和MgO被还原成金属后，由于蒸气压较高挥发出来，被重新氧
化成为相应的氧化物，并在收尘装置中沉积下来，形成氧化物的混合物；该氧化物的混合物返回步骤1中作为炼镁还原渣重复使用。
[0023] 上述方法中，硅钙铁合金块作为炼镁还原剂用于还原炼镁工序。
[0024] 上述方法中，硅铁合金作为炼镁还原剂用于还原炼镁工序。
[0025] 本发明的方法熔炼过程中除产生部分气体外，不产生固体渣；原料中的所有有价成分均进入到合金中；硅钙铁合金中的钙被蒸馏出来冷凝，而硅铁留在热区域，从而实现钙与硅铁的分离；获得的钙经
重熔精炼铸锭后作为金属钙产品出售，而剩余的硅铁作为炼镁还原剂返回到炼镁工序；采用的真空蒸馏罐分为加热区和冷凝区，加热区位于加热炉内加热，冷凝区位于加热炉的外部，加热炉为电阻炉或煤气炉，且还原罐可从还原炉内取出，以便于快速降温。
[0026] 通过本发明的工艺处理硅热法炼镁还原渣可实现还原渣的综合利用，经处理后炼镁还原渣中的氧化物转变为硅钙铁合金，硅钙铁合金可作为还原剂返回炼镁工序，也可以将硅钙铁合金进一步蒸馏获得钙与硅铁两种产品，而钙作为产品出售，硅铁合金作为还原剂返回炼镁工序。无论哪种方法，处理过程中任何
废水，废渣等二次污染，是一种绿色的处理工艺，同时可获得一定的经济效益。
附图说明
[0027] 图1为本发明
实施例1的炼镁还原渣的综合利用方法工艺
流程图；
[0028] 图2为本发明实施例2的炼镁还原渣的综合利用方法工艺流程图；
[0029] 图3为本发明实施例1获得的硅钙铁合金的
X射线衍射物相分析XRD图。
具体实施方式
[0030] 本发明实施例中采用的真空蒸馏罐设有加热区和冷凝区，加热区置于加热炉内，冷凝区位于加热炉外部；所述的加热炉为电阻炉或煤气炉。
[0031] 本发明实施例中采用的炼镁还原渣的成分按质量百分比含MgO 4～7％，SiO2 25～32％，CaO 60～66％，Fe2O3 3～5％。
[0032] 本发明实施例中硅铁合金按质量百分比含硅65～80％，铁35～20％。
[0033] 本发明实施例中采用的硅石粉、炭质还原剂和粘结剂为市购产品。
[0034] 本发明实施例中采用的废铁为市购产品，主要成分为Fe、FeO和Fe3O4，其中铁含量应大于98％。
[0035] 本发明实施例中X射线衍射设备的型号为X Pert Pro MPDDY2094。
[0036] 本发明实施例中制成球团采用的设备为制团机。
[0037] 本发明液实施例中态的硅钙铁合金排出是通过电弧炉底部的出合金口排出。
[0038] 本发明实施例中熔炼时温度以全部物料熔融为准。
[0039] 本发明实施例中的真空热还原炼镁步骤为：真空还原炼镁-结晶镁-精炼-铸锭，获得镁锭。
[0040] 本发明实施例中制取的团块尺寸小与皮江法炼镁过程制取的团块尺寸相同。
[0041] 本发明实施例中采用的制团机为工业皮江法炼镁用制团机。
[0042] 实施例1
[0043] 将粉末状的炼镁还原渣、硅石粉、炭质还原剂和粘结剂混合均匀，制成混合物料；其中硅石粉的用量为炼镁还原渣质量的0.4倍；炭质还原剂的用量按其中的固定碳与氧化钙、氧化硅和氧化镁完全反应计算；粘结剂的用量为炭质还原剂总质量的90％；硅石粉的粒径≤0.15mm，炭质还原剂为煤，粒径≤0.15mm；粘结剂为亚硫酸纸浆粘结剂；
[0044] 将混合物料制成球团，然后烘干；制成球团时制团压力为50MPa，烘干时的温度50℃，烘干时间8h；
[0045] 将烘干后的球团采用电弧炉进行熔炼，熔炼后形成液态的硅钙铁合金沉积在电弧炉底部；熔炼前向电弧炉中添加废铁，控制最终获得的硅钙铁合金中，钙的质量百分比为45％，硅的质量百分比为40％，铁的质量百分比为15％；每隔10h排出液态的硅钙铁合金；原料中的部分CaO、SiO2和MgO被还原成金属后，由于蒸气压较高挥发出来，被重新氧化成为相应的氧化物，并在收尘装置中沉积下来，形成氧化物的混合物；该氧化物的混合物作为炼镁还原渣重复使用；
[0046] 将液态的硅钙铁合金排出后，倒入铸锭机中浇注成硅钙铁合金块；获得的硅钙铁合金块的X射线衍射物相分析结果如图3所示，作为炼镁还原剂用于还原炼镁工序，经过真空还原炼镁-结晶镁-精炼-铸锭，获得镁锭，其中真空还原炼镁产生的炼镁还原渣作为综合利用方法的原料，流程如图1所示。
[0047] 实施例2
[0048] 将粉末状的炼镁还原渣、硅石粉、炭质还原剂和粘结剂混合均匀，制成混合物料；其中硅石粉的用量为炼镁还原渣质量的0.6倍；炭质还原剂的用量按其中的固定碳与氧化钙、氧化硅和氧化镁完全反应计算；粘结剂的用量为炭质还原剂总质量的90％；硅石粉的粒径≤0.15mm，炭质还原剂为焦炭，粒径≤0.15mm；粘结剂为亚硫酸纸浆粘结剂；
[0049] 将混合物料制成球团，然后烘干；制成球团时制团压力为50MPa，烘干时的温度100℃，烘干时间6h；
[0050] 将烘干后的球团采用电弧炉进行熔炼，熔炼后形成液态的硅钙铁合金沉积在电弧炉底部；熔炼前向电弧炉中添加废铁，控制最终获得的硅钙铁合金中，钙的质量百分比为26％，硅的质量百分比为62％，铁的质量百分比为12％；每隔8h排出液态的硅钙铁合金；原料中的部分CaO、SiO2和MgO被还原成金属后，由于蒸气压较高挥发出来，被重新氧化成为相应的氧化物，并在收尘装置中沉积下来，形成氧化物的混合物；该氧化物的混合物作为炼镁还原渣重复使用；
[0051] 将液态的硅钙铁合金排出后，倒入铸锭机中浇注成硅钙铁合金块；
[0052] 将硅钙铁合金块破碎成粒度≤10cm碎块，放入真空蒸馏罐中，在真空度为0.1Pa的条件下加热到900℃进行真空蒸馏，时间为12h；真空蒸馏过程中保持真空度为0.1Pa；真空蒸馏完成后，钙被蒸馏出来并在冷凝成为固态金属钙，剩余物料为硅铁合金，作为炼镁还原剂用于还原炼镁工序，经过真空还原炼镁-结晶镁-精炼-铸锭，获得镁锭，其中真空还原炼镁产生的炼镁还原渣作为综合利用方法的原料，流程如图2所示。
[0053] 实施例3
[0054] 方法同实施例1，不同点在于：
[0055] (1)硅石粉的用量为炼镁还原渣质量的0.8倍；粘结剂的用量为炭质还原剂总质量的95％；炭质还原剂为兰炭；粘结剂为膨润土；
[0056] (2)制团压力为100MPa，烘干时的温度150℃，烘干时间5h；
[0057] (3)熔炼前向电弧炉中添加废铁，控制最终获得的硅钙铁合金中，钙的质量百分比为50％，硅的质量百分比为40％，铁的质量百分比为10％；每隔6h排出液态的硅钙铁合金。
[0058] 实施例4
[0059] 方法同实施例1，不同点在于：
[0060] (1)硅石粉的用量为炼镁还原渣质量的1.0倍；粘结剂的用量为炭质还原剂总质量的95％；炭质还原剂为煅后无燃煤；粘结剂为水玻璃；
[0061] (2)制团压力为100MPa，烘干时的温度200℃，烘干时间4h；
[0062] (3)熔炼前向电弧炉中添加废铁，控制最终获得的硅钙铁合金中，钙的质量百分比为33％，硅的质量百分比为59％，铁的质量百分比为8％；每隔5h排出液态的硅钙铁合金。
[0063] 实施例5
[0064] 方法同实施例2，不同点在于：
[0065] (1)硅石粉的用量为炼镁还原渣质量的1.5倍；粘结剂的用量为炭质还原剂总质量的100％；炭质还原剂为石油焦；粘结剂为膨润土；
[0066] (2)制团压力为150MPa，烘干时的温度220℃，烘干时间3h；
[0067] (3)熔炼时不添加废铁，控制最终获得的硅钙铁合金中，钙的质量百分比为22％，硅的质量百分比为75％，铁的质量百分比为3％；每隔3h排出液态的硅钙铁合金；
[0068] (4)真空蒸馏的真空度为5Pa，温度1000℃，时间6h；真空蒸馏过程中保持真空度为5Pa。
[0069] 实施例6
[0070] 方法同实施例2，不同点在于：
[0071] (1)硅石粉的用量为炼镁还原渣质量的2.0倍；粘结剂的用量为炭质还原剂总质量的100％；炭质还原剂为冶金焦；粘结剂为水玻璃；
[0072] (2)制团压力为150MPa，烘干时的温度250℃，烘干时间2h；
[0073] (3)熔炼时不添加废铁，控制最终获得的硅钙铁合金中，钙的质量百分比为19％，硅的质量百分比为80％，铁的质量百分比为1％；每隔2h排出液态的硅钙铁合金；
[0074] (4)真空蒸馏的真空度为50Pa，温度1250℃，时间2h；真空蒸馏过程中保持真空度为50Pa。
