本發(fā)明涉及冶煉領域，尤其涉及一種真空微波煉鎂裝置。

背景技術：

鎂屬于輕金屬，具有優(yōu)良的綜合性能，具有比重輕、比強度高、比剛度大、電磁屏蔽性好、抗振減振性強、切削加工性能和成型性能好、易回收再利用等優(yōu)點，因而廣泛應用于高鐵、汽車、摩托車、3C產(chǎn)品、手動工具、航空航天及國防軍工等領域。

目前，原鎂冶煉普遍采用皮江法工藝，皮江法煅燒是在回轉窯內(nèi)進行，還原是在還原罐內(nèi)進行，白云石經(jīng)過煅燒后得到煅白，煅白經(jīng)過冷卻之后與還原劑硅鐵、礦化劑螢石一起磨粉、造球，然后送入還原罐中進行固相還原反應，因此在皮江法煉鎂過程中，煅燒和還原是不連續(xù)的，造成大量能源的損耗。同時，皮江法大多采用煤氣、蘭炭氣等為燃料對還原罐進行加熱，屬于外熱法，由于煅白等原料的傳熱性差，因此還原過程中將原料加熱至還原反應所需溫度的時間很長，實際生產(chǎn)中還原工序所需時間通常在8-10小時，因此還原反應過程的能耗非常高、能源效率低。

皮江法在煅燒白云石時，還產(chǎn)生大量CO₂對外排放，造成環(huán)境污染和溫室氣體大量增加。

因此皮江法煉鎂能耗高、能效低、環(huán)境污染嚴重的問題，成為原鎂冶煉領域亟待解決的重要課題。

另外，采用燃氣加熱、感應加熱、電阻加熱時，由于受熱不均勻，直接受熱部分的球團溫度上升快，未受熱部分的球團溫度上升較慢，在煅燒時容易導致受熱部分球團過燒，未受熱部分球團生燒，從而影響氧化鎂的還原反應，造成金屬鎂還原率下降。因此提高原料受熱的均勻性以提高金屬鎂的還原率也是鎂冶煉技術研發(fā)時必須重視的問題。

微波是一種清潔、高效的能源，與采用燃煤、燃氣、電阻、電磁等加熱方式相比較，微波對于粉狀礦石的加熱尤其有效，所以將微波加熱技術應用于鎂的冶煉，對于提高能效、降低能耗有十分顯著的作用。

將微波加熱引入原鎂冶煉、開發(fā)微波煉鎂設備是一種提高鎂冶煉能效的有效方法。專利申請?zhí)枮镃N201520111780.7公開了一種金屬鎂冶煉微波還原爐，該還原爐主要用于微波加熱進行氧化鎂的還原工藝，其還原爐不包括煅燒功能。因此，盡管該還原爐可以降低能耗，但節(jié)能效果還需要提高。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種真空微波煉鎂裝置，其能解決煉鎂能耗高、效率低和污染嚴重的問題。

本發(fā)明的目的采用以下技術方案實現(xiàn)：

一種真空微波煉鎂裝置，其改進之處在于，所述的裝置包括：

加料裝置，所述的加料裝置包括進料罐，所述的進料罐連通有進料管；

冶煉爐，所述的冶煉爐內(nèi)設置有用于進行煅燒和還原反應的坩堝、以及對所述坩堝內(nèi)原料進行加熱的微波發(fā)生器，所述的冶煉爐與所述的進料管連通，所述坩堝的上端設置有帶有出氣孔的隔熱擋板，所述隔熱擋板的上端連接有用于收集鎂的結晶器，所述的冶煉爐連通有用于輔助煅燒和還原反應的第一真空泵系統(tǒng)；

出渣倉，所述的出渣倉與所述的坩堝連通。

優(yōu)選的，所述的進料罐還連通有預熱罐，所述的預熱罐連通所述的進料管，所述的預熱罐連通有第二真空泵系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述的第二真空泵系統(tǒng)還連通有CO₂氣體收集裝置。

優(yōu)選的，所述的進料罐上端設置有用于進料的第一閥門，所述的進料罐與預熱罐的連通處設置有第二閥門。

優(yōu)選的，所述的預熱罐與所述進料管的連通處設置有第三閥門，所述的第二真空泵系統(tǒng)與所述預熱罐的連通處設置有第四閥門。

優(yōu)選的，所述的第一真空泵系統(tǒng)與所述冶煉爐的連通處設置有第五閥門。

優(yōu)選的，所述的第一真空泵系統(tǒng)和第二真空泵系統(tǒng)為機械真空泵或射流真空泵。

優(yōu)選的，所述的冶煉爐還包括爐殼，所述的爐殼上設置有用于破真空的第六閥門。

優(yōu)選的，所述的隔熱擋板兩端設置有隔熱層，所述的隔熱層與爐殼連接。

優(yōu)選的，所述的出渣倉與所述坩堝的連通處設置有第七閥門，所述的爐殼上端設置有用于取鎂的第八閥門，所述的出渣倉下端設置有用于出渣的第九閥門。

優(yōu)選的，所述的第九閥門還連接有余熱回收裝置。

優(yōu)選的，所述的坩堝由氧化鋁、氧化鈣、氧化鋯、石英或鈦酸鋁中的一種或幾種制成。

相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果在于：

1、微波是一種清潔、高效的能源，微波對于粉狀礦石的加熱尤其有效，微波加熱時升溫速度快，本發(fā)明在煅燒和還原工藝時采用微波加熱，所需時間明顯縮短，能耗大幅度下降,能源效率提高；

2、本發(fā)明煅燒時產(chǎn)生的氣體(主要是CO₂)經(jīng)過預熱罐時對其中球團進行預熱，然后通過第二真空泵系統(tǒng)排出后，送入CO₂氣體收集裝置，經(jīng)過冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO₂，達到資源充分利用和節(jié)能減排的目的；

3、本發(fā)明微波煉鎂裝置使煅燒工藝和還原工藝在同一坩堝內(nèi)進行，煅燒工藝和還原工藝是連續(xù)的，這將縮短加熱時間，有效降低能耗；

4、本發(fā)明采用微波加熱，可以使坩堝內(nèi)的球團受熱均勻，有效控制含碳酸鎂礦石的煅燒質(zhì)量，提高金屬鎂的還原率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的平面結構示意圖；

圖2為本發(fā)明加料裝置的另一種實施例圖。

圖中：1.冶煉爐

11.爐殼 12.坩堝 13.微波發(fā)生器 14.隔熱擋板

15.第一真空泵系統(tǒng) 16.結晶器 17.第一保溫層

18.隔熱層

2.加料裝置

21.預熱罐 22.進料罐 23.CO₂氣體收集裝置

24.進料管 25.第二真空泵系統(tǒng)

3.出渣倉

31.第二保溫層 32.耐熱材料層 33.余熱回收裝置

F1.第一閥門 F2.第二閥門 F3.第三閥門 F4.第四閥門

F5.第五閥門 F6.第六閥門 F7.第七閥門 F8.第八閥門

F9.第九閥門 F10.第十閥門。

具體實施方式

下面，結合附圖以及具體實施方式，對本發(fā)明做進一步描述：

本發(fā)明的一種實施例為：

由圖1可知，一種真空微波煉鎂裝置，所述的裝置包括：

加料裝置2，所述的加料裝置2包括進料罐22，所述的進料罐22連通有進料管24；還包括冶煉爐1，所述的冶煉爐1內(nèi)設置有能進行煅燒和還原反應的坩堝12和對坩堝12內(nèi)原料進行加熱的微波發(fā)生器13，所述的冶煉爐1與所述的進料管24連通，所述坩堝12的上端設置有帶出氣孔的隔熱擋板14，所述隔熱擋板14的上端連接有用于冷卻收集鎂蒸汽的結晶器16，所述的冶煉爐1還連通有能輔助煅燒和還原反應的第一真空泵系統(tǒng)15；還包括出渣倉3，所述的出渣倉3與所述的坩堝12連通。

本發(fā)明的另一種實施例為：

所述的進料罐22還連通有若干預熱罐21，所述的預熱罐21連通所述的進料管24，所述的預熱罐21還連通有第二真空泵系統(tǒng)25，所述的第二真空泵系統(tǒng)25連通有CO₂氣體收集裝置23，所述的第二真空泵系統(tǒng)25與所述預熱罐21的連通處設置有第四閥門F4，所述的第一真空泵系統(tǒng)15與所述冶煉爐1的連通處設置有第五閥門F5，所述的第一真空泵系統(tǒng)15和第二真空泵系統(tǒng)25為機械真空泵或射流真空泵。所述的進料罐22上端設置有第一閥門F1作為進料口，所述的進料罐22與預熱罐21的連通處設置有第二閥門F2，所述的預熱罐21與所述進料管24的連通處設置有第三閥門F3。該實施例其他的同上。

其中，所述的冶煉爐1還包括爐殼11，所述爐殼11在結晶器的上端設置有第八閥門F8作為取鎂口，所述的爐殼11上還設置有用于破真空的第六閥門F6。所述坩堝12的外壁設置有第一保溫層17，所述的隔熱擋板14兩端設置有隔熱層18，所述的隔熱層18與爐殼11連接。

其中，所述的出渣倉3與所述坩堝12的連通處設置有第七閥門F7，所述的出渣倉3下端設置有第九閥門F9作為出渣口，所述出渣倉3內(nèi)設置有耐熱材料層32，所述的耐熱材料層32外面設置有第二保溫層31，所述的第九閥門F9還連接有余熱回收裝置33。所述的坩堝是由透波材料制成的，該透波材料包括氧化鋁、氧化鈣、氧化鋯、石英、鈦酸鋁中的一種材料或幾種材料組成。

由圖2可知，其加料裝置2的另一種實施例為：其加料裝置2設置有兩個預熱罐21，兩個預熱罐21連通，其連通處設置有第十閥門F10，該實施例其他的同上。

由圖1可知，本發(fā)明使用上述真空微波煉鎂裝置的煉鎂方法，包括：

制備球團：將白云石、硅鐵、礦化劑分別進行破碎、研磨，研磨后粒度小于100目，然后將白云石、硅鐵、礦化劑按照一定的重量比進行混合，得到第一混合物；同時將輔助加熱材料(用于吸收微波輔助加熱)進行破碎、研磨，研磨后粒度小于60目，將所述的輔助加熱材料與所述的第一混合物按照一定的重量比進行混合，得到第二混合物，將第二混合物進行擠壓造球，得到球團；

裝料、預抽真空：剛開始所有的閥門都關閉，開啟進料口第一閥門F1，將所述的球團裝入進料罐中，打開第二閥門F2，球團進入預熱罐中，打開第三閥門F3，球團進入冶煉爐1中，此時的結晶器16和隔熱擋板14不在坩堝12上端，球團落入坩堝12內(nèi)；加料完畢后，將結晶器16和隔熱擋板14放在坩堝12的上端，關閉第一閥門F1，打開第四閥門F4，啟動第二真空泵系統(tǒng)25預抽真空(當采用獨立真空泵系統(tǒng)時，真空泵系統(tǒng)與預熱罐21和冶煉爐1都連通，且最優(yōu)采用耐高溫的多級真空泵系統(tǒng))。

煅燒：當冶煉爐1預抽真空達到500Pa絕對壓力后，開啟微波發(fā)生器13，微波發(fā)生器13產(chǎn)生的微波對坩堝12內(nèi)的球團進行加熱煅燒，煅燒時白云石分解產(chǎn)生的高溫CO₂氣體在第二真空泵系統(tǒng)25的作用下經(jīng)過進料管24進入預熱罐21，對預熱罐21中的球團進行預熱，然后通過閥門F4，由第二真空泵系統(tǒng)排出后送入CO₂氣體收集裝置23對CO₂氣體進行收集，CO₂氣體經(jīng)過冷卻、除塵、凈化后，獲得純凈的CO₂，可用于制造干冰等，達到資源利用和節(jié)能減排的目標。

煅燒時，含碳酸鎂的礦石分解出CO₂氣體。例如，白云石煅燒時反應式如下：

CaCO₃.MgCO₃＝CaO.MgO+2CO₂

CaCO₃＝CaO+CO₂

MgCO₃＝MgO+CO₂

在煅燒時含碳酸鎂的礦石分解產(chǎn)生CO₂氣體的溫度高、純度高，可以用于原料的預熱和收集使用。

還原：當煅燒結束后，關閉第四閥門F4和第二真空泵系統(tǒng)25，開啟第五閥門F5和第一真空泵系統(tǒng)15，控制真空度至13Pa絕對壓力以下，控制微波發(fā)生器13，微波加熱球團使溫度達到1100℃-1300℃，并保持真空度和溫度，使得球團內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應，反應過程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過隔熱擋板14上的出氣孔，進入結晶器16冷凝后收集，在結晶器16中獲得結晶鎂，還原反應的時間為1.5小時，鎂的還原率為88％。

取鎂：在還原反應結束之后，通過開啟第六閥門F6破真空后，打開取鎂口第八閥門F8，可以將結晶器16從冶煉爐1內(nèi)取出，從而獲得結晶鎂。

出渣：球團在還原反應結束后形成高溫爐渣，打開第七閥門F7，所述的高溫爐渣進入到出渣倉；再打開出渣口第九閥門F9，高溫爐渣排出，落入余熱回收裝置33，對高溫爐渣的余熱進行回收，以實現(xiàn)余熱回收利用，達到降低能耗的目的。

煉鎂當中主要發(fā)生的化學反應式為：

CaCO₃.MgCO₃＝CaO.MgO+2CO₂

CaCO₃＝CaO+CO₂

MgCO₃＝MgO+CO₂

2MgO+Si＝2Mg+SiO₂

其中，所述的輔助加熱材料采用蘭炭，所述的礦化劑采用螢石。所述第一混合物中硅鐵占9.0％-11.5％、螢石占1.8％-2.5％、余量為白云石，所述的蘭炭與第一混合物按照30：100的重量比進行混合得到第二混合物。還原球團工藝中的微波加熱球團使溫度達到1200℃為最適。

本發(fā)明使用微波加熱球團，微波是一種清潔、高效的能源，提高了能效，降低了污染；其設置有真空泵系統(tǒng)，根據(jù)工藝要求控制冶煉爐1的真空度，球團在同一坩堝內(nèi)進行煅燒和還原，使工藝能連續(xù)進行，加熱時間大幅度縮減，節(jié)省了能源；其使用輔助加熱材料使微波加熱效果好，提高了效率；其設置有CO₂氣體收集裝置，能對CO₂氣體進行凈化收集，達到資源利用和節(jié)能減排的目標，降低了污染。

對本領域的技術人員來說，可根據(jù)以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍之內(nèi)。