后，隨著溫度的升高，爐料會(huì)呈熔融態(tài)。但該專(zhuān)利描述的反 應(yīng)系統(tǒng)由于高真空度，導(dǎo)致鎂蒸氣直接冷凝成固態(tài)結(jié)晶鎂，容易堵塞真空系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連 續(xù)生產(chǎn)。中國(guó)專(zhuān)利CN201010145505. 9提出了一種熔融還原硅熱煉鎂的方法，通過(guò)配入硅、 鋁氧化物形成多元熔融渣系，使得反應(yīng)物及產(chǎn)物形成硅鐵液與多元熔渣，均為液相，改善反 應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件。
[0027] 中國(guó)專(zhuān)利 CN201080000976、CN201010255097、CN201010255111 提供了真空環(huán)流煉 鎂的方法和裝置，使得硅鐵液與鎂礦能夠充分混合，并且通過(guò)浸漬管實(shí)現(xiàn)真空與常壓環(huán)境 下的循環(huán)流動(dòng)，獲得良好的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件，同時(shí)還能夠連續(xù)排渣。
[0028] 目前，綜合來(lái)看，現(xiàn)有技術(shù)的弊端與不足如下：
[0029] (1)大型電熱煉鎂工藝，尚未對(duì)冷凝器進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0030] 比起皮江法煉鎂工藝，Magnetherm工藝和MTMP工藝都有明顯的進(jìn)步，突出表現(xiàn)在 反應(yīng)器為大型化的電爐，采用電能對(duì)爐料進(jìn)行內(nèi)部加熱，能夠?qū)崿F(xiàn)半連續(xù)甚至全連續(xù)生產(chǎn)， 單位反應(yīng)器單位時(shí)間的產(chǎn)量有了數(shù)量級(jí)上明顯的提升，如表1所示。
[0031] 規(guī)?；慕饘冁V工業(yè)生產(chǎn)中，大型化的金屬鎂提取反應(yīng)器符合冶金工業(yè)的方向， 必須配備相應(yīng)的大型化金屬鎂蒸氣冷凝器，簡(jiǎn)易的冷凝器難以適應(yīng)。但上述兩個(gè)主要的商 業(yè)工藝，在電爐產(chǎn)鎂量呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)的同時(shí)，尚未對(duì)冷凝器進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的探討。
[0032] 例如每小時(shí)5-20噸金屬鎂的冶煉反應(yīng)器，冷凝為固體的結(jié)晶鎂的話(huà)，按照致密的 金屬鎂錠來(lái)設(shè)計(jì)體積，固體原鎂體積達(dá)到了 3-12立方米，但實(shí)際上冷凝的金屬鎂，特別是 結(jié)晶鎂，往往呈現(xiàn)樹(shù)枝狀結(jié)晶、疏松多孔固體、蓬松粉末狀，堆密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鎂錠密度，體 積龐大，對(duì)冷凝器的體積、結(jié)構(gòu)提出了更為復(fù)雜和苛刻的要求。而皮江法煉鎂由于每罐的產(chǎn) 量只有20-35公斤，所以簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的冷凝結(jié)晶器就能滿(mǎn)足要求。
[0033] (2)大型煉鎂工藝的冷凝所需冷卻水流量、耗量巨大
[0034] 每小時(shí)5-20噸金屬鎂的冶煉反應(yīng)器，從1600°C降至700°C冷凝為液態(tài)，每小時(shí)需 要帶走的熱量達(dá)到31-124GJA，那么假設(shè)全部用比熱為4.2kX/(kg K)的冷卻水換熱，在冷 卻水升溫5°C的情形下，需要每小時(shí)通入的冷卻水量為1476-5905噸。由于采用簡(jiǎn)單的水冷 冷凝，所需水量巨大，耗水量很高。
[0035] (3)鎂蒸氣冷凝釋放的巨大熱量未能回收
[0036] 鎂冷凝釋放潛熱很大，汽化熱為128KJ/mol，即5. 27GJ/t-Mg，相當(dāng)于1463kwh電 力的熱能。鎂的比熱為l〇2〇X/(kg K)，每噸金屬鎂蒸氣從1600降至700攝氏度，放熱為 0. 918GJ/t-Mg，折合電力255kwh。因而，每噸金屬鎂從1600°C氣態(tài)冷凝為700°C的液態(tài)，放 熱量為6. 2GJ/t-Mg，折合電力超過(guò)1700kwh。如此巨大的熱量，如果不加以回收，而僅僅采 用冷卻水帶走熱量，不僅耗水，而且是能源的巨大浪費(fèi)。
[0037] 如果考慮用水的蒸發(fā)來(lái)吸熱冷凝鎂蒸氣，每噸水的蒸發(fā)熱為2. 25GJ/t_H20，至少 需要每小時(shí)蒸發(fā)14-56噸的水才能實(shí)現(xiàn)5-20噸鎂蒸氣的冷凝，相當(dāng)于一個(gè)中型的鍋爐，必 須進(jìn)行詳細(xì)的熱量計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算、流動(dòng)阻力計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算以及校核，不能像皮江法一樣 簡(jiǎn)單配置一個(gè)冷凝水套即可。
[0038] (4)皮江法工藝?yán)淠秊楣虘B(tài)鎂有諸多弊端和不便
[0039] 皮江法工藝將鎂蒸氣冷凝為固態(tài)，沒(méi)有流動(dòng)性，無(wú)法及時(shí)排出，占據(jù)冷凝器空間， 而且進(jìn)一步的精煉、合金化甚至簡(jiǎn)單鑄錠都必須對(duì)固態(tài)結(jié)晶鎂進(jìn)行重熔，反復(fù)升溫、熔化造 成能源浪費(fèi)。
[0040] (5)鎂蒸氣量大時(shí)容易導(dǎo)致固態(tài)結(jié)晶鎂堵塞冷凝器
[0041] 由于金屬鎂蒸氣冷凝成固態(tài)時(shí)堆密度很小，較大產(chǎn)量的煉鎂反應(yīng)器中連續(xù)產(chǎn)生的 大量鎂蒸氣在冷凝時(shí)，不可避免要冷凝成固體，容易導(dǎo)致堵塞冷凝器管道，造成生產(chǎn)停頓。
[0042] (6)攪動(dòng)熔池冷凝需要巨大的吸收熔池
[0043] 如果采用美國(guó)專(zhuān)利7641711的熔池?cái)噭?dòng)吸收金屬蒸氣的方法，由于鎂的液化釋放 熱量巨大，如果熔池內(nèi)已有鎂液通過(guò)升溫20°C來(lái)吸收鎂蒸氣冷凝放熱，那么所需要的金屬 鎂熔池是所吸收鎂蒸氣量的304倍。對(duì)于一個(gè)每小時(shí)產(chǎn)鎂5-20噸的連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)，那么需 要維持的鎂熔池顯然已經(jīng)超出了正常范圍。
[0044] (7)高溫?zé)掓V導(dǎo)致鎂蒸氣純度下降，在冷凝過(guò)程中沒(méi)有清除雜質(zhì)
[0045] Magnetherm以及MTMP工藝能比皮江法溫度高300-500攝氏度，部分爐料呈液相， 從而獲得良好的動(dòng)力學(xué)接觸條件，但同時(shí)也造成鎂蒸氣純度下降、雜質(zhì)含量上升，如表2所 示。這些雜質(zhì)進(jìn)入冷凝器后進(jìn)入到液態(tài)或固態(tài)鎂中，在已有技術(shù)及專(zhuān)利方案中，這些雜質(zhì)沒(méi) 有利用冷凝環(huán)節(jié)得到去除。
[0046] 表1各種硅熱法煉鎂工藝的操作條件及生產(chǎn)能力
[0047]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 鎂液蒸發(fā)吸熱的鎂蒸氣冷凝聯(lián)產(chǎn)精鎂的方法，用于將鎂蒸氣發(fā)生器（901)中連續(xù)產(chǎn) 生的初鎂蒸氣在逸出金屬鎂蒸氣發(fā)生器（901)之后冷凝為液態(tài)或固態(tài)的凝聚態(tài)，其特征在 于， 初鎂蒸氣從鎂蒸氣發(fā)生器（901)逸出，向著初鎂真空泵（192)方向流動(dòng)，依次經(jīng)歷第一 段冷凝和第二段冷凝，在第一段冷凝過(guò)程中部分初鎂蒸氣被冷卻至670- 1000°C，冷凝為液 態(tài)初鎂，匯聚為液態(tài)初鎂熔池，殘余初鎂蒸氣繼續(xù)向初鎂真空泵（192)方向流動(dòng)，經(jīng)歷第二 段冷凝，殘余初鎂蒸氣被冷凝至溫度為50- 650°C，冷凝為固態(tài)初鎂； 所述第一段冷凝采用鎂液蒸發(fā)吸熱的方式實(shí)現(xiàn)初鎂蒸氣的降溫和冷凝，即初鎂蒸氣在 傳熱界面外壁降溫和冷凝，并通過(guò)傳熱界面的傳熱作用，向與傳熱界面內(nèi)壁接觸的待提純 鎂液傳遞熱量，作為冷卻介質(zhì)的待提純鎂液吸收初鎂蒸氣的降溫顯熱、液化潛熱從而蒸發(fā) 成為精鎂蒸氣，上升后離開(kāi)待提純鎂液熔池，依次經(jīng)歷兩段冷凝，第一段冷凝為液態(tài)精鎂， 匯聚形成與待提純鎂液相分隔的熔池，第二段冷凝為固態(tài)精鎂，收集所獲得的液態(tài)精鎂和 固態(tài)精鎂，得到精鎂作為副產(chǎn)品； 所述待提純鎂液處于真空環(huán)境中，其上方氣體中鎂分壓高于350Pa且比所述傳熱界面 外初鎂蒸氣分壓至少低200Pa，待提純鎂液在所處真空壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)溫度比初鎂蒸氣的露 點(diǎn)溫度至少低20°C。
2. 如權(quán)利要求1所述的鎂液蒸發(fā)吸熱的鎂蒸氣冷凝聯(lián)產(chǎn)精鎂的方法，其特征在于，所 述初鎂蒸氣經(jīng)歷第一段冷凝之前已經(jīng)與氬氣混合，其中氬氣在氣相中所占的質(zhì)量百分比不 超過(guò)90%。
3. 如權(quán)利要求1所述的鎂液蒸發(fā)吸熱的鎂蒸氣冷凝聯(lián)產(chǎn)精鎂的方法，其特征在于，所 述初鎂蒸氣在經(jīng)歷第一段冷卻之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)膨脹段，其體積增大至原體積的1. 5-5倍。
4. 如權(quán)利要求1所述的鎂液蒸發(fā)吸熱的鎂蒸氣冷凝聯(lián)產(chǎn)精鎂的方法，其特征在于，所 述初鎂蒸氣的溫度為1100- 1800°C，壓力為800- 50000pa。
5. 如權(quán)利要求1所述的鎂液蒸發(fā)吸熱的鎂蒸氣冷凝聯(lián)產(chǎn)精鎂的方法，其特征在于，所 述初鎂蒸氣第二段冷凝、精鎂蒸氣第一段冷凝或精鎂蒸氣第二段冷凝的冷卻介質(zhì)采用水 流、水蒸氣、熔融鉀鈉合金、含有錫或鋅的熔融合金，冷卻介質(zhì)溫度控制在50-650°C。
6. 如權(quán)利要求1所述的鎂液蒸發(fā)吸熱的鎂蒸氣冷凝聯(lián)產(chǎn)精鎂的方法，其特征在于，所 述初鎂蒸氣第二段冷凝、精鎂蒸氣第一段冷凝或精鎂蒸氣第二段冷凝的冷卻介質(zhì)采用負(fù)壓 或真空環(huán)境下的液態(tài)水、熔融鉀鈉合金液、含有錫或鋅的熔融合金液，所述液態(tài)水、熔融鉀 鈉合金液、含有錫或鋅的熔融合金液被抽真空至負(fù)壓從而沸點(diǎn)低于當(dāng)?shù)卮髿鈮合路悬c(diǎn)，通 過(guò)換熱面以非接觸方式吸收殘余初鎂蒸氣冷凝所釋放的相變潛熱，從而在低于大氣壓下沸 點(diǎn)的低溫沸點(diǎn)蒸發(fā)，上升至一個(gè)非接觸式水流換熱器后與水流換熱，重新冷凝成液態(tài)水、熔 融鉀鈉合金液、含有錫或鋅的烙融合金液流下至原來(lái)的液態(tài)水、烙融鉀鈉合金液、含有錫或 鋅的熔融合金液內(nèi)，重復(fù)循環(huán)該過(guò)程，對(duì)殘余初鎂蒸氣進(jìn)行冷凝，使之降溫凝華成為固體初 鎂。
7. 如權(quán)利要求1所述的鎂液蒸發(fā)吸熱的鎂蒸氣冷凝聯(lián)產(chǎn)精鎂的方法，其特征在于，所 述初鎂蒸氣第二段冷凝中獲得的固態(tài)初鎂或精