CN101899581B - 以硼镁石为原料真空热还原法制取金属镁及富硼料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种以硼镁石为原料真空热还原法制取金属镁及富硼料的方法，属于真空金属热还原炼镁技术领域，该方法包括以下步骤：(1)配料；(2)磨料；(3)煅烧；(4)将煅烧后的团块粉碎至粒径小于0.2mm，然后与粒径小于0.2mm的铝粉均匀混合，压制成团块；(5)真空还原；(6)渣料浸出；(7)过滤分离；(8)烘干；(9)种分或碳分，将过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解为氢氧化铝(Al(OH)3)。本发明提供的一种利用硼镁石提取金属镁并获得低镁富硼料的方法，可以使硼镁石矿得到综合利用。
Description
技术领域
本发明属于真空金属热还原炼镁技术领域，具体涉及用低硅高镁硼镁石真空热还原法生产金属镁和富硼料的方法。
技术背景
硼镁石是一种主要成分为硼酸镁的含镁和硼的矿物，目前硼镁石的利用主要是通过碳碱法生产硼砂，该方法在浸出过程中硼的回收率较低，且只能将硼镁石中的硼加以利用，而大量镁进入渣(即硼泥)中，生产硼砂过程中产生大量的硼泥，目前硼泥尚未得到有效利用，只能堆积处理对生态环境造成严重破坏。
在无碱玻璃纤维工业中，无碱玻璃纤维是一种由B2O3、CaO、SiO2和Al2O3等物质组成的化合物，其中要求氧化硼含量为8.8％，目前玻璃纤维中的硼都是以硼酸或硼酸钙的形式加入，这两种产品价格昂贵造成无碱玻璃纤维成本较高，因此多年来建材行业一直想用硼镁石作为硼酸或硼酸钙的代用品降低无碱玻璃纤维的成本，但均因为硼镁石中镁含量过高而未能成功。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种以低硅高镁硼镁石为原料真空热还原法制取金属镁同时副产低镁富硼料的方法。本发明采用铝粉为还原剂，以硼镁石和石灰石为原料，经煅烧后通过真空热还原工艺，可得到金属镁和渣块，其渣块经磨细后用碱液浸出，其中的氧化铝得到Al(OH)3和低镁富硼料两种产品。该低镁富硼料，可代替硼酸用作生产无碱玻璃纤维的原料。这样使低硅硼镁石得到了高度地综合利用，不仅可以获得很好的经济效益，而且可实现清洁生产。
本发明的主要技术方法大体上可分为两步，第一步是对硼镁石进行真空热还原提取金属镁副产低镁高硼的渣块，第二步是对热还原后所产生的渣块进行浸出，并对浸出液采用种分或碳分的方法得到Al(OH)3。
实现本发明的具体方法包括以下步骤：
1、工艺采用低硅高镁硼镁石或者经浮选脱硅后的低硅高镁硼镁石，其中MgO＞30％，SiO2＜10％。
以低硅硼镁石和石灰石为原料进行配料，在配料时要根据低硅硼镁石中MgO、B2O3、SiO2、Al2O3和CaO的化学组成配入石灰石，其石灰石的配入量要按这两种混合物料在高温煅烧时生成的CaO满足下列几种化学反应对CaO的需求。
①要使所配入的CaO能和硼镁石中的B2O3按如下反应生成3CaO·B2O3：
3CaO+B2O3＝3CaO·B2O3 (1)
②要使CaO与硼镁石中的杂质SiO2按如下反应生成2CaO·SiO2：
2CaO+SiO2＝2CaO·SiO2 (2)
③要使CaO按如下反应，用铝进行真空还原MgO时对CaO的需求量：
12CaO+21MgO+14Al＝21Mg+12CaO·7Al2O3 (3)
或：CaO+3MgO+2Al＝3Mg+CaO·Al2O3 (4)
或：CaO+6MgO+4Al＝6Mg+CaO·2Al2O3 (5)
或：CaO+18MgO+12Al＝18Mg+CaO·6Al2O3 (6)
2、首先将配好的硼镁石和石灰石破碎后放入磨细装置中进行磨细，磨细至粒径小于0.2mm。
3.将磨细后的原料制成团块，然后将制成的团块放入炉中煅烧，煅烧温度为700℃～1100℃。
4.将煅烧后的团块粉碎至粒径小于0.2mm，然后与粒径小于0.2mm的铝粉混合均匀，并压制成团块，其中铝粉配入量按反应式(3)或(4)或(5)或(6)配入，并比反应需要的理论量过量1-10％，若还原剂为铝镁合金粉则还原剂只计算合金粉中的铝量，以铝量计算比理论量过量1-10％。
5.将压制好的团块置于带有镁结晶器的高温真空还原反应炉中在小于20-80Pa的真空条件下和900～1300℃的温度条件下进行真空还原，还原反应得到两种产物，一种是生成的气态金属镁，而后在镁结晶器上冷凝结晶成固态镁，另一种为主要由12CaO·7Al2O3或CaO·Al2O3或CaO·2Al2O3或CaO·6Al2O3或之前几种的两种或三种或四种的混合物与3CaO·B2O3和2CaO·SiO2化合组成的渣块。
6.将获得的渣块磨细至粒径小于0.2mm，然后将此磨细的渣料放入由Na2CO3或Na2CO3与NaOH组成的溶液中，在50-300℃的温度下，将渣料的Al2O3以NaAl(OH)4的形式被浸出于溶液中，渣料中与氧化铝结合的CaO以CaCO3的形式沉淀出来，而渣料中的3CaO·B2O3等组分不参与反应而留在浸出后剩余的沉淀泥渣中，将浸出液与泥渣过滤分离，滤液为含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液，滤渣主要为3CaO·B2O3、CaCO3和2CaO·SiO2组成的混合物，这种混合物经烘干后可作为生产无碱玻璃纤维的原料。
过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解成为氢氧化铝(Al(OH)3)。如果用种分分解则需向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶种进行晶种种分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中种分分解后生成的Al(OH)3经过滤分离后得到产品Al(OH)3滤液则由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4组成，生成的Al(OH)3大部分可作为最终产品，部分作为晶种返回到晶种分解容器中去种分分解NaAl(OH)4。如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可。
如果从渣料中浸出的NaAl(OH)4溶液采用碳分分解生产Al(OH)3，则需向NaAl(OH)4浸出液中通入CO2气体进行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3。碳分过程所需的CO2来自于石灰石和硼镁石煅烧过程生成的CO2副产物。碳分分解生成的Al(OH)3经过滤与碳分后生成的Na2CO3溶液分离，即形成商品氢氧化铝，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可得到氧化铝产品。
上述方法中还原剂铝粉可为回收的废铝所生产的铝粉，或铝镁合金粉。
本发明提供的一种利用硼镁石提取金属镁并获得低镁富硼料的方法，可以使硼镁石矿得到综合利用。
附图说明
图1本发明中热还原提炼金属镁的工艺流程图；
图2真空热还原的渣块进行浸出并对浸出液进行种分的工艺流程图；
图3对真空热还原的渣块进行浸出并对浸出液进行碳分的工艺流程图。
具体实施方式
本发明中采用的原料低硅的天然硼镁石或经浮选脱硅后的低硅硼镁石，其石灰石为低硅的天然石灰石，也可以为其它化工部门副产的纯度较高的人工合成CaCO3。还原剂为工业铝粉或工业铝镁合金粉，也可以为由回收的铝或铝镁合金制备的粉料，其粒径小于0.2mm，具体实施方案如下：
实施例1
以天然低硅硼镁石和石灰石为原料，以小于0.2mm的铝粉为还原剂的真空铝热还原制取金属镁。
分析硼镁石的成分，并根据硼镁石中MgO、B2O3、SiO2、Al2O3和CaO的化学组成配入石灰石，要使所配入的CaO能够满足化学反应方程式(1)、(2)、(3)对CaO的需求量。即要使配入的CaO足够和B2O3生成3CaO·B2O3，和SiO2生成2CaO·SiO2，和还原反应中与Al2O3生成12CaO·7Al2O3对CaO的需求量。
将上述两种原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料装置中进行磨细，也可以将上述两种原料分别进行破碎磨细然后再配料混合均匀。然后将磨细的原料制成团块，并在700℃～1100℃温度条件下煅烧。
将煅烧后的熟料破碎磨细至粒径小于0.2mm，与粒径小于0.2mm的铝粉进行混合并压制成团，铝粉的配入量应比按反应方程式(3)的理论配入量过量1～10％。实际配入量之所以要比理论配入量多是因为铝粉中常含有一些被氧化的氧化铝，另外，还原剂铝粉在还原反应中还会还原反应物料中的某些金属杂质而使还原剂铝粉产生额外的消耗。
然后将混有还原剂铝粉的团块料放入带有镁结晶器的高温真空还原反应炉内，在小于20-80Pa以下的真空压力和900～1300℃的温度条件下，物料中的CaO，MgO和Al主要按化学反应式(3)进行反应，反应得到两种产物，一种是反应生成的气态金属镁，气态的金属镁在镁结晶器上冷凝结晶成结晶镁，另一种是主要由3CaO·B2O3、2CaO·SiO2、12CaO·7Al2O3以及CaO·Al2O3等化合物组成的渣块。
将获得的还原后的渣块磨细至粒径小于0.2mm，放入由Na2CO3或Na2CO3与NaOH组成的溶液中，在50-300℃的温度条件下进行浸出，然后进行过滤分离，滤渣主要为3CaO·B2O3、CaCO3和2CaO·SiO2组成的混合物，滤渣烘干燥后作为生产无碱玻璃纤维的原料。
过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解成为氢氧化铝(Al(OH)3)。如果用种分分解则需向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶种进行晶种种分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中种分分解后生成的Al(OH)3经过滤分离后得到产品Al(OH)3滤液则由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4组成，生成的Al(OH)3大部分可作为最终产品，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可。
如果从渣料中浸出的NaAl(OH)4溶液采用碳分分解生产Al(OH)3，则需向NaAl(OH)4浸出液中通入CO2气体进行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3。碳分过程所需的CO2来自于石灰石和硼镁石煅烧过程生成的CO2副产物。碳分分解生成的Al(OH)3经过滤与碳分后生成的Na2CO3溶液分离，即形成商品氢氧化铝，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可得到氧化铝产品。
实施例2
用经浮选脱硅处理后的硼镁石和石灰石为原料，以粒径小于0.2mm的铝粉为还原剂，进行真空热还原。中国辽宁有大量高硅高镁硼镁石，这种矿石经浮选降低硅含量后也可直接通过真空热还原提取金属镁，同时副产富硼料和氢氧化铝或者氧化铝。
分析硼镁石的成分，并根据硼镁石中MgO、B2O3、SiO2、Al2O3和CaO的化学组成配入石灰石，要使所配入的CaO能够满足化学反应方程式(1)、(2)、(3)对CaO的需求量。即要使配入的CaO足够和B2O3生成3CaO·B2O3，和SiO2生成2CaO·SiO2，和还原反应中与Al2O3生成12CaO·7Al2O3对CaO的需求量。
将上述两种原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料装置中进行磨细，也可以将上述两种原料分别进行破碎磨细然后再配料混合均匀。然后将磨细的原料制成团块，并在700℃～1100℃温度条件下煅烧。
将煅烧后的熟料破碎磨细至粒径小于0.2mm，与粒径小于0.2mm的铝粉进行混合并压制成团，铝粉的配入量应比按反应方程式(3)的理论配入量过量1～10％。实际配入量之所以要比理论配入量多是因为铝粉中常含有一些被氧化的氧化铝，另外，还原剂铝粉在还原反应中还会还原反应物料中的某些金属杂质而使还原剂铝粉产生额外的消耗。
然后将混有还原剂铝粉的团块料放入带有镁结晶器的高温真空还原反应炉内，在小于20-80Pa以下的真空压力和900～1300℃的温度条件下，物料中的CaO，MgO和Al主要按化学反应式(3)进行反应，反应得到两种产物，一种是反应生成的气态金属镁，气态的金属镁在镁结晶器上冷凝结晶成结晶镁，另一种是主要由3CaO·B2O3、2CaO·SiO2、12CaO·7Al2O3以及CaO·Al2O3等化合物组成的渣块。
将获得的还原后的渣块磨细至粒径小于0.2mm，放入由Na2CO3或Na2CO3与NaOH组成的溶液中，在50-300℃的温度条件下进行浸出，然后进行过滤分离，滤渣主要为3CaO·B2O3、CaCO3和2CaO·SiO2组成的混合物，滤渣烘干燥后作为生产无碱玻璃纤维的原料。
过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解成为氢氧化铝(Al(OH)3)。如果用种分分解则需向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶种进行晶种种分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中种分分解后生成的Al(OH)3经过滤分离后得到产品Al(OH)3滤液则由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4组成，生成的Al(OH)3大部分可作为最终产品，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可。
如果从渣料中浸出的NaAl(OH)4溶液采用碳分分解生产Al(OH)3，则需向NaAl(OH)4浸出液中通入CO2气体进行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3。碳分过程所需的CO2来自于石灰石和硼镁石煅烧过程生成的CO2副产物。碳分分解生成的Al(OH)3经过滤与碳分后生成的Na2CO3溶液分离，即形成商品氢氧化铝，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可得到氧化铝产品。
实施例3
以低硅硼镁石和石灰石为原料，以粒径小于0.2mm的铝镁合金粉为还原剂，进行真空热还原。
分析硼镁石的成分，并根据硼镁石中MgO、B2O3、SiO2、Al2O3和CaO的化学组成配入石灰石，要使所配入的CaO能够满足化学反应方程式(1)、(2)、(3)对CaO的需求量。即要使配入的CaO足够和B2O3生成3CaO·B2O3，和SiO2生成2CaO·SiO2，和还原反应中与Al2O3生成12CaO·7Al2O3对CaO的需求量。
将上述两种原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料装置中进行磨细，也可以将上述两种原料分别进行破碎磨细然后再配料混合均匀。然后将磨细的原料制成团块，并在700℃～1100℃温度条件下煅烧。
将煅烧后的熟料破碎磨细至粒径小于0.2mm，与粒径小于0.2mm的铝镁合金粉进行混合并压制成团。因为在铝镁合金中能够还原氧化镁的有效成分只有铝，所以在配料时只计算合金中铝的量，其配入量应比按反应方程式(3)的理论配入量过量1～10％。
然后将混有还原剂铝粉的团块料放入带有镁结晶器的高温真空还原反应炉内，在小于20-80Pa以下的真空压力和900～1300℃的温度条件下，物料中的CaO，MgO和Al主要按化学反应式(3)进行反应，反应得到两种产物，一种是反应生成的气态金属镁，气态的金属镁在镁结晶器上冷凝结晶成结晶镁，另一种是主要由3CaO·B2O3、2CaO·SiO2、12CaO·7Al2O3以及CaO·Al2O3等化合物组成的渣块。
过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解成为氢氧化铝(Al(OH)3)。如果用种分分解则需向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶种进行晶种种分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中种分分解后生成的Al(OH)3经过滤分离后得到产品Al(OH)3滤液则由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4组成，生成的Al(OH)3大部分可作为最终产品，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可。
如果从渣料中浸出的NaAl(OH)4溶液采用碳分分解生产Al(OH)3，则需向NaAl(OH)4浸出液中通入CO2气体进行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3。碳分过程所需的CO2来自于石灰石和硼镁石煅烧过程生成的CO2副产物。碳分分解生成的Al(OH)3经过滤与碳分后生成的Na2CO3溶液分离，即形成商品氢氧化铝，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可得到氧化铝产品。
实施例4
以天然低硅硼镁石和人工合成的CaCO3为原料，以粒径为0.2mm以下的铝粉为还原剂的真空铝热还原制取金属镁。
分析硼镁石的成分，并根据硼镁石中MgO、B2O3、SiO2、Al2O3和CaO的化学组成配入CaCO3，要使所配入的CaO能够满足化学反应方程式(1)、(2)、(3)对CaO的需求量。即要使配入的CaO足够和B2O3生成3CaO·B2O3，和SiO2生成2CaO·SiO2，和还原反应中与Al2O3生成12CaO·7Al2O3对CaO的需求量。
将上述两种原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料装置中进行磨细，也可以将上述两种原料分别进行破碎磨细然后再配料混合均匀。然后将磨细的原料制成团块，并在700℃～1100℃温度条件下煅烧。
将煅烧后的熟料破碎磨细至粒径小于0.2mm，与粒径小于0.2mm的铝粉进行混合并压制成团，铝粉的配入量应比按反应方程式(3)的理论配入量过量1～10％。实际配入量之所以要比理论配入量多是因为铝粉中常含有一些被氧化的氧化铝，另外，还原剂铝粉在还原反应中还会还原反应物料中的某些金属杂质而使还原剂铝粉产生额外的消耗。
然后将混有还原剂铝粉的团块料放入带有镁结晶器的高温真空还原反应炉内，在小于20-80Pa以下的真空压力和900～1300℃的温度条件下，物料中的CaO，MgO和Al主要按化学反应式(3)进行反应，反应得到两种产物，一种是反应生成的气态金属镁，气态的金属镁在镁结晶器上冷凝结晶成结晶镁，另一种是主要由3CaO·B2O3、2CaO·SiO2、12CaO·7Al2O3以及CaO·Al2O3等化合物组成的渣块。
过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解成为氢氧化铝(Al(OH)3)。如果用种分分解则需向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶种进行晶种种分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中种分分解后生成的Al(OH)3经过滤分离后得到产品Al(OH)3滤液则由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4组成，生成的Al(OH)3大部分可作为最终产品，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可。
如果从渣料中浸出的NaAl(OH)4溶液采用碳分分解生产Al(OH)3，则需向NaAl(OH)4浸出液中通入CO2气体进行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3。碳分过程所需的CO2来自于石灰石和硼镁石煅烧过程生成的CO2副产物。碳分分解生成的Al(OH)3经过滤与碳分后生成的Na2CO3溶液分离，即形成商品氢氧化铝，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可得到氧化铝产品。
实施例5
以天然低硅硼镁石和石灰石为原料，以粒径小于0.2mm的铝粉为还原剂的真空铝热还原制取金属镁。
分析硼镁石的成分，并根据硼镁石中MgO、B2O3、SiO2、Al2O3和CaO的化学组成配入石灰石，要使所配入的CaO能够满足化学反应方程式(1)、(2)、(4)对CaO的需求量。即要使配入的CaO足够和B2O3生成3CaO·B2O3，和SiO2生成2CaO·SiO2，和还原反应中与Al2O3生成CaO·Al2O3对CaO的需求量。
将上述两种原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料装置中进行磨细，也可以将上述两种原料分别进行破碎磨细然后再配料混合均匀。然后将磨细的原料制成团块，并在700℃～1100℃温度条件下煅烧。
将煅烧后的熟料破碎磨细至粒径小于0.2mm，与粒径小于0.2mm的铝粉进行混合并压制成团，铝粉的配入量应比按反应方程式(4)的理论配入量过量1～10％。实际配入量之所以要比理论配入量多是因为铝粉中常含有一些被氧化的氧化铝，另外，还原剂铝粉在还原反应中还会还原反应物料中的某些金属杂质而使还原剂铝粉产生额外的消耗。
然后将混有还原剂铝粉的团块料放入带有镁结晶器的高温真空还原反应炉内，在小于20-80Pa以下的真空压力和900～1300℃的温度条件下，物料中的CaO，MgO和Al主要按化学反应式(4)进行反应，反应得到两种产物，一种是反应生成的气态金属镁，气态的金属镁在镁结晶器上冷凝结晶成结晶镁，另一种是主要由3CaO·B2O3、2CaO·SiO2、CaO·Al2O3以及12CaO·7Al2O3等化合物组成的渣块。
过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解成为氢氧化铝(Al(OH)3)。如果用种分分解则需向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶种进行晶种种分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中种分分解后生成的Al(OH)3经过滤分离后得到产品Al(OH)3滤液则由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4组成，生成的Al(OH)3大部分可作为最终产品，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可。
如果从渣料中浸出的NaAl(OH)4溶液采用碳分分解生产Al(OH)3，则需向NaAl(OH)4浸出液中通入CO2气体进行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3。碳分过程所需的CO2来自于石灰石和硼镁石煅烧过程生成的CO2副产物。碳分分解生成的Al(OH)3经过滤与碳分后生成的Na2CO3溶液分离，即形成商品氢氧化铝，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可得到氧化铝产品。
实施例6
以天然低硅硼镁石和石灰石为原料，以粒径小于0.2mm的铝粉为还原剂的真空铝热还原制取金属镁。
分析硼镁石的成分，并根据硼镁石中MgO、B2O3、SiO2、Al2O3和CaO的化学组成配入石灰石，要使所配入的CaO能够满足化学反应方程式(1)、(2)、(5)对CaO的需求量。即要使配入的CaO足够和B2O3生成3CaO·B2O3，和SiO2生成2CaO·SiO2，和还原反应中与Al2O3生成CaO·2Al2O3对CaO的需求量。
将上述两种原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料装置中进行磨细，也可以将上述两种原料分别进行破碎磨细然后再配料混合均匀。然后将磨细的原料制成团块，并在700℃～1100℃温度条件下煅烧。
将煅烧后的熟料破碎磨细至粒径小于0.2mm，与粒径小于0.2mm的铝粉进行混合并压制成团，铝粉的配入量应比按反应方程式(5)的理论配入量过量1～10％。实际配入量之所以要比理论配入量多是因为铝粉中常含有一些被氧化的氧化铝，另外，还原剂铝粉在还原反应中还会还原反应物料中的某些金属杂质而使还原剂铝粉产生额外的消耗。
然后将混有还原剂铝粉的团块料放入带有镁结晶器的高温真空还原反应炉内，在小于20-80Pa以下的真空压力和900～1300℃的温度条件下，物料中的CaO，MgO和Al主要按化学反应式(5)进行反应，反应得到两种产物，一种是反应生成的气态金属镁，气态的金属镁在镁结晶器上冷凝结晶成结晶镁，另一种是主要由3CaO·B2O3、2CaO·SiO2、CaO·2Al2O3以及CaO·Al2O3或12CaO·7Al2O3等化合物组成的渣块。
过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解成为氢氧化铝(Al(OH)3)。如果用种分分解则需向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶种进行晶种种分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中种分分解后生成的Al(OH)3经过滤分离后得到产品Al(OH)3滤液则由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4组成，生成的Al(OH)3大部分可作为最终产品，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可。
如果从渣料中浸出的NaAl(OH)4溶液采用碳分分解生产Al(OH)3，则需向NaAl(OH)4浸出液中通入CO2气体进行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3。碳分过程所需的CO2来自于石灰石和硼镁石煅烧过程生成的CO2副产物。碳分分解生成的Al(OH)3经过滤与碳分后生成的Na2CO3溶液分离，即形成商品氢氧化铝，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可得到氧化铝产品。
实施例7
以天然低硅硼镁石和石灰石为原料，以粒径小于0.2mm的铝粉为还原剂的真空铝热还原制取金属镁。
分析硼镁石的成分，并根据硼镁石中MgO、B2O3、SiO2、Al2O3和CaO的化学组成配入石灰石，要使所配入的CaO能够满足化学反应方程式(1)、(2)、(6)对CaO的需求量。即要使配入的CaO足够和B2O3生成3CaO·B2O3，和SiO2生成2CaO·SiO2，和还原反应中与Al2O3生成CaO·6Al2O3对CaO的需求量。
将上述两种原料按上述比例配好后，混合破碎并放入磨料装置中进行磨细，也可以将上述两种原料分别进行破碎磨细然后再配料混合均匀。然后将磨细的原料制成团块，并在700℃～1100℃温度条件下煅烧。
将煅烧后的熟料破碎磨细至粒径小于0.2mm，与粒径小于0.2mm的铝粉进行混合并压制成团，铝粉的配入量应比按反应方程式(6)的理论配入量过量1～10％。实际配入量之所以要比理论配入量多是因为铝粉中常含有一些被氧化的氧化铝，另外，还原剂铝粉在还原反应中还会还原反应物料中的某些金属杂质而使还原剂铝粉产生额外的消耗。
然后将混有还原剂铝粉的团块料放入带有镁结晶器的高温真空还原反应炉内，在小于20-80Pa以下的真空压力和900～1300℃的温度条件下，物料中的CaO，MgO和Al主要按化学反应式(3)进行反应，反应得到两种产物，一种是反应生成的气态金属镁，气态的金属镁在镁结晶器上冷凝结晶成结晶镁，另一种是主要由3CaO·B2O3、2CaO·SiO2、CaO·6Al2O3以及CaO·Al2O3或12CaO·7Al2O3等化合物组成的渣块。
过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解成为氢氧化铝(Al(OH)3)。如果用种分分解则需向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶种进行晶种种分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中种分分解后生成的Al(OH)3经过滤分离后得到产品Al(OH)3滤液则由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4组成，生成的Al(OH)3大部分可作为最终产品，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可。
如果从渣料中浸出的NaAl(OH)4溶液采用碳分分解生产Al(OH)3，则需向NaAl(OH)4浸出液中通入CO2气体进行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3。碳分过程所需的CO2来自于石灰石和硼镁石煅烧过程生成的CO2副产物。碳分分解生成的Al(OH)3经过滤与碳分后生成的Na2CO3溶液分离，即形成商品氢氧化铝，如果需要最终的产品为Al2O3，可将生成的Al(OH)3在800℃-1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水即可得到氧化铝产品。
Claims (1)
1.一种以硼镁石为原料真空热还原法制取金属镁及富硼料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配料：以低硅高镁硼镁石，其中MgO＞30％，SiO2＜10％和石灰石为原料进行配料；按这两种混合物料在高温煅烧时生成的CaO满足下列几种化学反应对CaO的需求；
①要使所生成的CaO能和硼镁石中的B2O3按如下反应生成3CaO·B2O3：
3CaO+B2O3＝3CaO·B2O3 (1)
②要使CaO与硼镁石中的杂质SiO2按如下反应生成2CaO·SiO2：
2CaO+SiO2＝2CaO·SiO2 (2)
③要使CaO按如下反应，用铝进行真空还原MgO时对CaO的需求量：
12CaO+21MgO+14Al＝21Mg+12CaO·7Al2O3 (3)
或：CaO+3MgO+2Al＝3Mg+CaO·Al2O3 (4)
或：CaO+6MgO+4Al＝6Mg+CaO·2Al2O3 (5)
或：CaO+18MgO+12Al＝18Mg+CaO·6Al2O3 (6)
(2)磨料：将配好的硼镁石和石灰石破碎进行细磨，磨至粒径小于0.2mm；
(3)煅烧：将磨细后的原料制成团块，将制成的团块放入炉中煅烧，煅烧温度为700℃～1100℃；
(4)将煅烧后的团块粉碎至粒径小于0.2mm，然后与粒径小于0.2mm的铝粉均匀混合，压制成团块；
(5)真空还原，将压制好的团块置于带有镁结晶器的高温还原反应炉中，进行真空还原，压力20～80Pa，温度为900～1300℃，生成气态金属镁，而后在镁结晶器上冷凝结晶成固态镁，另一种为主要由12CaO·7Al2O3或CaO·Al2O3或CaO·2Al2O3或CaO·6Al2O3或前述的两种或三种或四种的混合物与3CaO·B2O3和2CaO·SiO2化合组成的渣块；
(6)渣料浸出：将获得的渣块磨细至粒径小于0.2mm，然后将磨细的渣料放入由Na2CO3或Na2CO3与NaOH组成的溶液中，在50～300℃的温度下，将渣料的Al2O3以NaAl(OH)4的形式被浸出于溶液中，渣料中与氧化铝结合的CaO以CaCO3的形式沉淀出来，而渣料中的3CaO·B2O3组分不参与反应而留在浸出后剩余的沉淀泥渣中；
(7)过滤分离，将浸出液与泥渣过滤分离，滤液为含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液，滤渣主要为3CaO·B2O3、CaCO3和2CaO·SiO2组成的混合物；
(8)烘干，将滤渣烘干，作为制造无碱玻璃纤维的原料；
(9)种分或碳分，将过滤后的含有少量Na2CO3和NaOH的NaAl(OH)4溶液进入种分或碳分容器中，使NaAl(OH)4分解为氢氧化铝(Al(OH)3)：
a、种分，向含有NaAl(OH)4的溶液中加入Al(OH)3晶种进行晶种种分分解，使NaAl(OH)4分解成Al(OH)3和Na(OH)，溶液中种分分解后生成的Al(OH)3经过滤分离后得到产品Al(OH)3滤液则由Na(OH)以及部分未分解的NaAl(OH)4组成，生成的Al(OH)3大部分作为最终产品，部分作为晶种返回到晶种分解容器中去种分分解NaAl(OH)4，最终的产品为Al2O3，将生成的Al(OH)3在800℃～1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水；
b、碳分，向含有NaAl(OH)4浸出液中通入CO2气体进行碳分分解，使NaAl(OH)4分解生成Al(OH)3和Na2CO3，碳分过程所需的CO2来自于石灰石和硼镁石煅烧过程生成的CO2副产物，碳分分解生成的Al(OH)3经过滤与碳分后生成的Na2CO3溶液分离，即形成商品氢氧化铝，最终的产品为Al2O3，将生成的Al(OH)3在800℃～1000℃的温度条件下进行煅烧使Al(OH)3脱水得到氧化铝产品。
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