本實(shí)用新型涉及冶煉領(lǐng)域，尤其涉及一種真空微波煉鎂裝置。

背景技術(shù)：

鎂屬于輕金屬，具有優(yōu)良的綜合性能，具有比重輕、比強(qiáng)度高、比剛度大、電磁屏蔽性好、抗振減振性強(qiáng)、切削加工性能和成型性能好、易回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)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(lǐng)域。

目前，原鎂冶煉普遍采用皮江法工藝，白云石經(jīng)過煅燒后得到煅白，煅白與還原劑硅鐵、礦化劑螢石一起磨粉、造球，然后送入還原罐中進(jìn)行固相還原反應(yīng)。皮江法大多采用煤氣、蘭炭氣等為燃料對還原罐進(jìn)行加熱。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(yīng)所需溫度的時間很長，實(shí)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(yīng)過程的能耗非常高、能源效率低。此外在皮江法煉鎂過程中，煅燒和還原是不連續(xù)的，白云石在煅燒之后需要經(jīng)過冷卻、研磨、造球，才能進(jìn)行還原，這也造成了大量能源的損耗。皮江法在煅燒時，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。皮江法在鎂冶煉過程中主要工藝包括煅燒工藝和還原工藝。傳統(tǒng)皮江法煅燒是在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行，還原是在還原罐內(nèi)進(jìn)行，白云石煅燒結(jié)束后得到煅白，煅白在冷卻后進(jìn)行研磨、與硅鐵、螢石一起造球，再裝入還原罐加熱進(jìn)行還原。這種冶煉方式導(dǎo)致能耗高、能效低。因此皮江法煉鎂能耗高、能效低、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題，成為原鎂冶煉領(lǐng)域亟待解決的重要課題。

另外采用燃?xì)饧訜?、感?yīng)加熱、電阻加熱時，由于受熱不均勻，直接受熱部分的球團(tuán)溫度上升快，未受熱部分的球團(tuán)溫度上升較慢，在煅燒時容易導(dǎo)致受熱部分球團(tuán)過燒，未受熱部分球團(tuán)生燒，從而影響氧化鎂的還原反應(yīng)，造成金屬鎂還原率下降。

微波是一種清潔、高效的能源，與采用燃煤、燃?xì)?、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(shù)應(yīng)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(shè)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(jìn)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(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型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、效率低和有污染的問題。

本實(shí)用新型的目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種真空微波煉鎂裝置，其改進(jìn)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(jìn)料罐，所述的進(jìn)料罐連通有進(jìn)料管；

冶煉爐，所述的冶煉爐內(nèi)設(shè)置有用于進(jìn)行煅燒和還原反應(yīng)的坩堝、以及對所述坩堝內(nèi)原料進(jìn)行加熱的微波發(fā)生器，所述的冶煉爐與所述的進(jìn)料管連通，所述坩堝的上端設(shè)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(jié)晶器，所述的冶煉爐連通有用于輔助煅燒和還原反應(yīng)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(jìn)料罐還連通有預(yù)熱罐，所述的預(yù)熱罐連通所述的進(jìn)料管，所述的預(yù)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(jìn)料罐上端設(shè)置有用于進(jìn)料的第一閥門，所述的進(jìn)料罐與預(yù)熱罐的連通處設(shè)置有第二閥門。

優(yōu)選的，所述的預(yù)熱罐與所述進(jìn)料管的連通處設(shè)置有第三閥門，所述的第二真空泵系統(tǒng)與所述預(yù)熱罐的連通處設(shè)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(shè)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(jī)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(shè)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(shè)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(shè)置有第七閥門，所述的爐殼上端設(shè)置有用于取鎂的第八閥門，所述的出渣倉下端設(shè)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、石英或鈦酸鋁制成。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果在于：

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，本實(shí)用新型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、本實(shí)用新型煅燒時產(chǎn)生的氣體(主要是CO₂)經(jīng)過預(yù)熱罐時對其中球團(tuán)進(jìn)行預(yù)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(dá)到資源充分利用和節(jié)能減排的目的；

3、本實(shí)用新型微波煉鎂裝置使煅燒工藝和還原工藝在同一坩堝內(nèi)進(jìn)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、本實(shí)用新型采用微波加熱，可以使坩堝內(nèi)的球團(tuán)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為本實(shí)用新型的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型加料裝置的另一種實(shí)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(jié)晶器 17.第一保溫層

18.隔熱層

2.加料裝置

21.預(yù)熱罐 22.進(jìn)料罐 23.CO₂氣體收集裝置

24.進(jìn)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(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述：

本實(shí)用新型的一種實(shí)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(jìn)料罐22，所述的進(jìn)料罐22連通有進(jìn)料管24；還包括冶煉爐1，所述的冶煉爐1內(nèi)設(shè)置有用于進(jìn)行煅燒和還原反應(yīng)的坩堝12和對坩堝12內(nèi)原料進(jìn)行加熱的微波發(fā)生器13，所述的冶煉爐1與所述的進(jìn)料管24連通，所述坩堝12的上端設(shè)置有帶有出氣孔的隔熱擋板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(jié)晶器16，所述的冶煉爐1還連通有用于輔助煅燒和還原反應(yīng)的第一真空泵系統(tǒng)15；其還包括出渣倉3，所述的出渣倉3與所述的坩堝12連通。

本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例為：

所述的進(jìn)料罐22還連通有若干預(yù)熱罐21，所述的預(yù)熱罐21連通所述的進(jìn)料管24，所述的預(yù)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(yù)熱罐21的連通處設(shè)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(shè)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(jī)械真空泵或射流真空泵。所述的進(jìn)料罐22上端設(shè)置有第一閥門F1作為進(jìn)料口，所述的進(jìn)料罐22與預(yù)熱罐21的連通處設(shè)置有第二閥門F2，所述的預(yù)熱罐21與所述進(jìn)料管24的連通處設(shè)置有第三閥門F3。該實(shí)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(jié)晶器的上端設(shè)置有第八閥門F8作為取鎂口，所述的爐殼11上還設(shè)置有用于破真空的第六閥門F6。所述坩堝12的外壁設(shè)置有第一保溫層17，所述的隔熱擋板14兩端設(shè)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(shè)置有第七閥門F7，所述的出渣倉3下端設(shè)置有第九閥門F9作為出渣口，所述出渣倉3內(nèi)設(shè)置有耐熱材料層32，所述的耐熱材料層32外面設(shè)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。

由圖2可知，其加料裝置1的另一種實(shí)施例為：其加料裝置1設(shè)置有兩個預(yù)熱罐21，兩個預(yù)熱罐21連通，其連通處設(shè)置有第十閥門F10，該實(shí)施例其他的同上。

由圖1可知，本實(shí)用新型使用上述真空微波煉鎂裝置的煉鎂方法，包括：

制備球團(tuán)：將白云石、硅鐵、礦化劑分別進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行混合，得到第二混合物，將第二混合物進(jìn)行擠壓造球，得到球團(tuán)；

裝料、預(yù)抽真空：剛開始所有的閥門都關(guān)閉，開啟進(jìn)料口第一閥門F1，將所述的球團(tuán)裝入進(jìn)料罐中，打開第二閥門F2，球團(tuán)進(jìn)入預(yù)熱罐中，打開第三閥門F3，球團(tuán)進(jìn)入冶煉爐1中，此時的結(jié)晶器16和隔熱擋板14不在坩堝12上端，球團(tuán)落入坩堝12內(nèi)；加料完畢后，將結(jié)晶器16和隔熱擋板14放在坩堝12的上端，關(guān)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(yù)抽真空(當(dāng)采用獨(dú)立真空泵系統(tǒng)時，真空泵系統(tǒng)與預(yù)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(dāng)冶煉爐1預(yù)抽真空達(dá)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(tuán)進(jìn)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(jìn)料管24進(jìn)入預(yù)熱罐21，對預(yù)熱罐21中的球團(tuán)進(jìn)行預(yù)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(jìn)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(dá)到資源利用和節(jié)能減排的目標(biāo)。

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(yīng)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(yù)熱和收集使用。

還原：當(dāng)煅燒結(jié)束后，關(guān)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(tuán)使溫度達(dá)到1100℃-1300℃，并保持真空度和溫度，使得球團(tuán)內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的鎂蒸汽通過隔熱擋板14上的出氣孔，進(jìn)入結(jié)晶器16冷凝后收集，在結(jié)晶器16中獲得結(jié)晶鎂，還原反應(yīng)的時間為1.5小時，鎂的還原率為88％。

取鎂：在還原反應(yīng)結(jié)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(jié)晶器16從冶煉爐1內(nèi)取出，從而獲得結(jié)晶鎂。

出渣：球團(tuán)在還原反應(yīng)結(jié)束后形成高溫爐渣，打開第七閥門F7，所述的高溫爐渣進(jìn)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(jìn)行回收，以實(shí)現(xiàn)余熱回收利用，達(dá)到降低能耗的目的。

煉鎂當(dāng)中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)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(jìn)行混合得到第二混合物。還原球團(tuán)工藝中的微波加熱球團(tuán)使溫度達(dá)到1200℃為最適。

本實(shí)用新型使用微波加熱球團(tuán)，微波是一種清潔、高效的能源，提高了能效，降低了污染；其設(shè)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(tuán)在同一坩堝內(nèi)進(jìn)行煅燒和還原，使工藝能連續(xù)進(jìn)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(shè)置有CO₂氣體收集裝置，能對CO₂氣體進(jìn)行凈化收集，達(dá)到資源利用和節(jié)能減排的目標(biāo)，降低了污染。

對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。