一种基于CaO滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法

本发明涉及原镁冶炼，尤其涉及一种基于cao滤材的硅热炼镁低成本高效除铝方法。

背景技术：

1、金属镁因其比强度高、还原性强、生物相容性优良等特点，在轨道交通轻量化、战略金属还原剂、可降解植入材料等领域颇具应用前景。但上游金属原镁若杂质含量高、波动大，则往往会显著劣化下游镁基材料的性能，使其应用远不及预期。以杂质铝为例，在可降解植入材料应用方面，铝具有神经毒性，可能引发阿尔茨海默症；在作为制备电子级高纯钛的还原剂方面，高纯海绵钛中的杂质铝主要遗传至金属镁，且在后继过程中难以去除。

2、目前，市售金属原镁的主要生产方式是硅热还原法，其主要是指将煅白(cao、mgo)、硅铁(si(fe))、萤石(caf2)等物质混料压球，在1200℃左右、20pa左右的真空条件下发生反应生成镁蒸气，并随后冷凝为结晶镁。然而，通过此种方法生产的原镁，面临杂质铝含量高且波动大的问题。

3、前期已有学者提出杂质铝含量高、波动大与萤石(caf2)的添加形成al f有关，并给出“可以通过减少甚至弃用萤石粉来制备具有超低铝杂质含量的金属原镁”的措施。尽管上述方法有效，但萤石是硅热法炼镁常用的催化剂，其可显著提高反应效率和单位生产周期内的产量，且原料控制的方法并不易操作。此外，现有技术中纯化镁的方法也有采用滤材辅助除杂的气相沉积方法(cn110724825b、cn110835694b、cn110835695b)，但是滤材一般为金属或半金属，在大规模生产应用中成本较高，且主要去除的是以单质形式存在的铝杂质，而在硅热法中杂质铝还有其他存在形式。

4、鉴于此，亟需寻找不影响产率、低成本、简便、高效除铝的办法。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供一种基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法。本发明的除铝方法可直接与硅热炼镁生产工艺衔接，将硅热还原产生的镁蒸气通过cao滤材或含有cao涂层的过滤结构过滤，纯化脱除镁蒸气中的含铝杂质。

2、本发明的目的是提供一种基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法。

3、根据本发明的目的，本发明的所述硅热法炼镁低成本高效除铝方法是将cao滤材用于纯化去除镁蒸气中的含铝杂质，包括以下步骤：对硅热法炼镁的原料进行加热，反应产生镁蒸气，使镁蒸气通过所述cao滤材去除含铝杂质后，冷凝结晶得到高纯镁。

4、本发明中，硅热炼镁原料为料球，其中含有28.53wt.％的mgo、40.12wt.％的cao、0.62wt.％的sio2、0.16wt.％的a l2o3、0.28wt.％的fe2o3、0.05wt.％的mno、0.0005wt.％的pbo、0.001wt.％的zno、21.94％的si、6.14wt.％的fe、0.51wt.％的a l、0.276wt.％的ca、0.023wt.％的mn、0.0006wt.％的zn、0.0009wt.％的pb、0.005wt.％的p、1.32wt.％的caf2、0.014wt.％的caco3。通过对上述成分的料球进行热力学计算可知，发生硅热还原反应时，1250℃时的气相的主要产物为mg、si o、ca、a l f(一氟化铝，cas号13595-82-9)、caf2、mn、si、fe等；且上述气相物质在逐步降温冷凝的过程中有望形成稳定的化合物或单质，如ca-si-o、ca-a l-si-o、ca-a l-f-o、fe、mn等。

5、对于含铝杂质而言，硅热法还原炼镁产生的高温镁蒸气中主要含铝杂质的存在形式为a l f(g),可见采用含ca和o的物质诱导a l f共沉积，可以得到ca-a l-f-o的高铝沉积物相，去除镁蒸气中的a l f(g)。本发明选择了cao作为滤材，并计算了cao与a l f(g)二者之间的反应性，可以看出在1250-1050℃范围内，cao和a l f(g)均明显减少，且在1050℃时减少程度最大；本发明还计算了cao在加入硅热炼镁含杂镁蒸气整个体系后的情况，可看出cao显著消耗气相中的a l f(g)并形成物质ca12a l 14f2o32。尽管使用cao滤材在体系中产生了大量的ca蒸气，但ca蒸气既可在后继蒸气继续冷却的过程中沉积去除，又可在硅热法炼镁精炼环节中被大量去除，不会给结晶镁体系带来杂质影响。

6、上述基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法，优选的，所述含铝杂质为al f。

7、上述基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法，优选的，所述cao滤材的工作温度为600～1250℃；进一步优选的，所述cao滤材的工作温度为1050～1250℃。

8、上述基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法，优选的，所述硅热法炼镁原料的加热温度控制为1250～1300℃。

9、上述基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法，优选的，所述cao滤材采用cao原料以自然填充或压实设置在所述镁蒸气的运动路径上，所述cao原料为块状、球状、粉末状、片状中的任意一种；当cao原料为块状时，直径为8～20mm；当cao原料为球状时，直径为0.3～8mm；当cao原料为粉末状时，粒径为1～300μm；当cao原料为片状时，厚度为0.1～5mm。

10、上述基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法，优选的，所述cao滤材为包含cao的载体，所述载体设置在所述镁蒸气的运动路径上。

11、上述基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法，优选的，所述cao滤材是在载体上涂覆或浸有cao,包括以下步骤：

12、将所述载体浸没于ca(oh)2悬浊液中，以使所述载体涂覆或浸有ca(oh)2涂层；

13、将内部涂覆有ca(oh)2的载体取出，经烘干、热分解后制得。

14、上述基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法，优选的，所述烘干的温度为190～1200℃，烘干时间为0.5～2h。

15、上述基于cao滤材的硅热法炼镁低成本高效除铝方法，优选的，所述ca(oh)2悬浊液的质量百分数为1～50wt.％。

16、由于cao固体与a l f(g)的反应为气固反应，cao固体的比表面积越大，其与a l f(g)的接触面越大，反应程度越大，cao的利用率越高；为增大cao的比表面积，提升其利用率，可在过滤机构上涂上cao涂层，其目的是将cao滤材设置在镁蒸气的路径上，从而纯化去除镁蒸气中的含铝杂质。

17、本发明中，ca(oh)2悬浊液可以采用cao与水溶解制成，也可以是采用其他方式获得的质量百分数为1～50wt.％的ca(oh)2悬浊液。

18、本发明的有益效果为：

19、1、本发明硅热法炼镁体系中杂质铝主要以a l和a l f(一氟化铝)气体的形式存在，cao滤材可针对性的去除a l和a l f气体并形成高铝的ca12al 14f2o32沉积物，具有显著的除铝效果；同时cao滤材的作用温度显著高于镁蒸气的沉积温度，使用cao滤材充分捕集杂质铝时，不会造成镁蒸气的沉积，能明显拉开铝和镁的沉积距离，将其分离；cao滤材与镁蒸气不反应，纯化效率好；

20、2、本发明在高效除铝的基础上，cao滤材还可起到提供杂质冷凝异质性核位点、物理拦截粉尘颗粒等作用，能够进一步降低镁蒸气中的杂质；

21、3、本发明的cao滤材为矿物滤材，且为硅热法炼镁原料中的一种主要成分，其丰富易取、成本低廉；

22、4、本发明利用ca(oh)2悬浊液浸泡过滤结构，再热分解制备cao涂层的方法，可进一步增大cao作为滤材的比表面积，提高其利用率，从而节约cao用量，进一步降低成本。