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真空碳热还原氧化镁制取金属镁实验装置的研发及实验研究

刘红湘  
【摘要】: 论文在分析国内外镁冶炼工业发展历程和现状的基础上,指出镁冶炼新工艺的研究既是解决现有镁冶炼工业存在的问题的有效方法,也是促进镁冶炼工业发展的关键,并进一步指出真空碳热还原法炼镁是镁冶炼新工艺的研究重点。镁冶炼工艺的发展历程表明,镁冶炼工艺的发展主要建立在冶炼设备的基础上,冶炼设备的改进与创新都会极大地促进镁冶炼工艺的发展。因此设计研究一种新型、先进、适合于真空碳热还原法炼镁工艺的冶金炉具有非常重要的现实意义。 热力学研究表明,在真空中使用廉价的煤炭还原氧化镁提炼金属镁是可行的。昆明理工大学真空冶金及材料研究所对真空碳热还原法炼镁的工艺曾进行了小型实验,并取得了一些成果。为了进一步研究真空碳热还原法炼镁工艺的反应机理,解决传统炼镁工艺中存在的耗能大、污染严重、操作安全性差、时间长、成本高等主要问题。本人认真总结了前人的实验,查阅了国内外大量的相关文献资料,参考了真空冶金及材料研究所现有的多种真空冶金炉,设计出一种新型真空冶金电炉进行真空碳热还原氧化镁的中型扩大实验,希望通过设计新型冶金炉来有效解决现有镁冶炼工业中存在的一些问题,并通过扩大实验得到与之匹配的最佳工艺参数,为今后实现工业化提供科学依据。 新设计的真空冶金电炉主要由升温系统、真空系统、保温系统、真空还原反应系统、固体连续进料和出料系统、镁蒸气冷凝系统、液态镁收集系统以及水冷系统等几个主要的功能结构系统组成。新型炉具有如下的特点:①坩埚容量比以前的试验炉大,一次能装5kg的反应混合物料,可进行扩大试验。②固体物料可以连续进出,提高了炉子的热利用效率和生产效率。③设计了单独的镁蒸气冷凝装置和金属镁收集装置,镁蒸气的冷凝条件易于控制,可直接产出纯度较高的冷凝金属镁块而不是镁粉,省去了后续的镁粉蒸馏工序,简化了工艺流程;新的冷凝装置可有效的控制镁粉的产生,大大降低了镁粉自燃的几率,提高了操作环境的安全性。 新型真空冶金电炉制造出来后,对该炉进行了改造和调试。改造的主要内容有:①升温系统的改造:对原有的变压器、电缆线、发热体进行了更换,提高了炉子的加热功率。②真空系统的改造:省去了冷凝器上的两个阀门,把原来的螺纹密封改为焊接密封,增加了一台15L/s的真空泵,提高了炉子的真空度。③保温系统的改造:坩锅容器顶部增加了两块石墨板隔热反射屏,支撑圆筒石墨隔热反射屏的石墨底座用隔热耐火砖来代替,炉子顶部、底部以及侧壁分别铺上和裹上碳毡作为保温材料,减少了炉子的热损失。④水冷系统的改造:降低了主体炉壳水冷套进水口的位置,升高了出水口的位置,提高了水冷效果。 经过改造调试之后,该新型真空冶金电炉初步达到了设计的要求:①在常温下抽真空,炉子的真空度可以稳定在30Pa左右。②炉子进行升温,在2个小时左右可以升到1400℃,达到真空碳热还原氧化镁的反应温度。使用调试改造好的真空冶金电炉进行了真空碳热还原氧化镁的多次试验,均得到了金属镁,由于每次试验的条件不同,每次得到的金属镁的量以及形貌都不一样。


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