一种碳热法炼镁联产碳化钙的方法

一种碳热法炼镁联产碳化钙的方法
1.本技术是以下申请的分案申请：申请日：2020年12月17日；申请号：202080087519.1；发明名称“一种碳热法炼镁联产碳化钙的方法”。
技术领域
2.本发明涉及冶炼领域，尤其涉及一种碳热法炼镁联产碳化钙的方法。


背景技术：

3.目前工业上普遍采用硅热法炼镁或电解法炼镁。其中，硅热法炼镁采用煅烧白云石(简称煅白，有效成分mgo
·
cao)做原料、硅铁(有效成分为si)做还原剂，在高温、真空下发生2(mgo
·
cao)
(s)
+si
(s)
→
2mg
(g)
+2cao
·
sio
2(s)
还原反应，生成的废渣2cao
·
sio2基本没有应用价值，通常进行填埋处理；电解法炼镁以熔融氯化镁为原料，在电解池中发生mgcl
2(l)
→
mg
(l)
+cl
2(g)
反应，生成的废气cl2为有毒有害气体，需要复杂冗长的工艺对氯气进行综合利用(无害化处理)。
4.碳热法以煅白(mgo
·
cao)或煅烧菱镁石(mgo)为原料、碳做还原剂，在高温、真空下发生mgo
·
cao
(s)
+c
(s)
→
mg
(g)
+co
(g)
+cao
(s)
或mgo
(s)
+c
(s)
→
mg
(g)
+co
(g)
还原反应。碳还原剂成本比硅热法炼镁的硅铁还原剂成本明显低，并且生成的co废气可做燃料，特别是用煅烧菱镁石做原料时不生成废渣，用煅白做原料时生成的cao废渣有一定利用价值，因此普遍认为碳热法炼镁具有明显经济优势。
5.然而，碳热法炼镁有两个致命弱点：一是生成的镁蒸气与co气共同冷却时会凝结成镁粉，高温镁粉遇空气会发生剧烈爆炸，安全隐患极大；二是在镁蒸气和co气共同冷却过程中，会发生冶炼过程的逆反应mg
(g)
+co
(g)
→
mgo
(s)
+c
(s)
，该逆反应不仅降低冶炼还原率，而且会明显降低粗镁纯度。
6.长期以来，国内外研究者一直在研究解决碳热法炼镁的上述两个问题，但至今没有找到有效解决办法，因此碳热法一直没有进入工业化应用。澳大利亚联邦科学与工业研究组织2016年7月公布了一种碳热法炼镁新技术，将镁蒸气和co混合气体以4倍音速通过专门设计的“超音速喷嘴”(拉法尔喷嘴)，镁蒸气通过喷嘴后“瞬间”凝结为固态结晶镁，在防止生成镁粉的同时，可减弱冶炼逆反应的程度，但截止目前尚未发现工业应用报道。
7.申请号201710320876.8的中国专利“一种碳热法同时制取金属镁和电石的工艺”，用煅白做原料，通过将碳热法炼镁反应mgo
·
cao+c
→
mg+co+cao和电石(cac2)冶炼反应cao+3c
→
cac2+co组合在一起，在炼镁的同时产出电石。但该专利镁蒸气依然与co气体处于共存状态，生成镁粉的安全隐患和冶炼逆反应这两个碳热法炼镁的主要问题并没有得到解决。并且郑州大学以及许多研究者的大量实验均证明，申请号201710320876.8给出的在绝对压力(以下简称绝压或压力)10～100pa、温度1500～1800℃范围内，反应mgo
·
cao+c
→
mg+co+cao和cao+3c
→
cac2+co的速度都非常缓慢，基本没有工业应用价值。实验发现，数十克重的单个球团料球，在1500～1600℃时经过数小时反应后，固相产物中只能检测到极少量的碳化钙(甚至有时几乎检测不到)；在1700℃以上的更高温度下反应数小时后，固相产物
中虽然有碳化钙生成，但冶炼产物(cao和cac2)中ca原子的量明显比原料中的含量少，说明原料中的部分ca以气态形式蒸发流失。类似现象的部分文献报道可参见：(1)低温合成电石反应及催化机理的研究，何彦涛等，《石油化工应用》第29卷第10期；(2)低温合成碳化钙的热力学分析与实验验证，刘思源等，《煤炭转化》第40卷第5期。


技术实现要素：

8.为此，本发明人进行了大量实验和计算，结果表明(见图1)，煅白(mgo.cao)和c的混合物，在高温真空反应器中会发生如下一系列反应：
9.1.首先，在温度高于曲线(1)时发生mgo
·
cao
(s)
+c
(s)
→
mg
(g)
+co
(g)
+cao
(s)
反应(称为“反应1”)，生成mg蒸气和cao。曲线(1)的温度t(℃)与绝压p(pa)的关系为t＝20lg2p+60lgp+1050；
10.2.其次，如果温度高于曲线(2)，“反应1”生成的cao继续与c发生反应cao
(s)
+3c
(s)
→
cac
2(s)
+co
(g)
(称为“反应2”)，消耗cao并生成cac2。曲线(2)的温度t(℃)与绝压p(pa)的关系为t＝11lg2p+71lgp+1210；
11.3.然后，如果温度高于曲线(3)，“反应2”生成的cac2又会与“反应1”剩余的煅白发生mgo
·
cao
(s)
+cac
2(s)
→
mg
(g)
+2c
(s)
+2cao
(s)
反应(称为“反应3”)，消耗cac2生成mg蒸气的同时，再次生成cao，并且“反应3”要比“反应1”和“反应2”反应容易的多，即在煅白中氧化镁全部被还原成mg蒸气以前，反应体系中基本没有cac2存在。曲线(3)的温度t(℃)与绝压p(pa)的关系为t＝51lg2p-38lgp+800；
12.4.在煅白中的氧化镁全部被还原成mg蒸气后，如果温度仍然高于曲线(2)，则会继续通过“反应2”生成cac2；如果温度还同时高于曲线(4)，则生成的cac2又会与体系中剩余的cao发生2cao
(s)
+cac
2(s)
→
3ca
(g)
+2co
(g)
反应(称为“反应4”)，在进一步消耗cac2的同时生成ca蒸气。曲线(4)的温度t(℃)与绝压p(pa)的关系为t＝30lg2p+58lgp+1215；
13.5.最后，“反应4”生成的ca蒸气如果在反应体系中碰到温度低于(注意：不是高于)曲线(5)的c，则会发生放热反应ca
(g)
+2c
(s)
→
cac
2(s)
(称为“反应5”)，再次生成cac2；如果ca蒸气碰不到温度低于曲线(5)的c，则“反应5”不能发生，ca蒸气只能排出反应体系。曲线(5)的温度t(℃)与绝压p(pa)的关系为t＝98lg2p-129lgp+1300。
14.通过图1可知，在申请号201710320876.8给出的绝压10～100pa、温度1500～1800℃工作范围内，上述“反应1”～“反应4”都可以发生，但“反应5”不能发生。也就是说，“反应2”生成的cac2会被“反应3”和“反应4”所消耗，并且反应越充分cac2被消耗的越彻底，特别是由于“反应4”产生的ca蒸气无法被“反应5”再次转化为cac2，最终造成ca以蒸气形态白白排出反应体系而流失(由图4可知，在绝压10～100pa时，ca的气化温度约500～600℃)。并且由图1可知，在绝压为10～100pa时，曲线(2)和曲线(4)非常接近，即“反应2”和“反应4”起始温度相当，很难做到只让生成cac2的“反应2”发生而不让cac2还原产生ca蒸气的“反应4”发生。而且曲线(5)与曲线(4)也非常接近，也就是说，在cac2还原产生ca蒸气后，也很难做到让ca蒸气再与c发生“反应5”生成cac2，只能让ca蒸气流出反应系统，其结果就是相当于发生了“反应2”与“反应4”的合并(总包)反应cao
(s)
+c
(s)
→
ca
(g)
+co
(g)
，最终在反应充分进行时，并没有明显的cac2生成，只是在反应并不充分时，会有少量cac2与cao共存。
15.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种碳热法炼镁联产碳化钙的方法，以
部分或全部解决上述问题。
16.一方面，本发明提供一种碳热法炼镁联产碳化钙的方法，包括以下步骤：
17.s1、制备含有氧化镁、氧化钙和碳还原剂的混合粉料；
18.s2、将混合粉料制成球团炉料，放入设置有热源的反应器内；
19.s3、设置反应器内绝压p在1000pa≤p≤常压的范围内或为微正压，反应温度t在11lg2p+71lgp+1210℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃范围内，进行冶炼反应，通过连接在所述反应器上的冷凝器冷凝得到液态镁，在所述反应器内得到碳化钙。
20.在一些实施例中，优选地，混合粉料中碳还原剂的摩尔含量mc、氧化镁的摩尔含量m
mgo
以及氧化钙的摩尔含量m
cao
之间的关系为：mc≈m
mgo
+3m
cao
。
21.在一些实施例中，优选地，混合粉料的细度在80目以上，更优选地，混合粉料的细度为100目。
22.在一些实施例中，优选地，球团炉料的当量直径为20mm～40mm。
23.在一些实施例中，优选地，反应器外层为密闭容器，内部设置有冶炼腔，密闭容器与冶炼腔之间设有保温层，密闭容器不直接受热，起到的作用为将反应器内部冶炼环境与外界空气密封隔离；球团炉料放置在冶炼腔内，冶炼腔由耐高温材料部件构成，耐高温材料的耐热温度至少高于1700℃，优选石墨、碳化硅、二硅化钼、钨、钨合金、钼、钼合金或耐高温陶瓷等。
24.在一些实施例中，优选地，反应器内对冶炼腔加热的热源采用电加热方式，可采用电磁感应加热、电阻加热、电弧加热等加热方式，并且，优选地，冶炼腔本身也可通电作电加热元件。
25.在一些实施例中，可选地，还原剂碳为焦炭、兰炭、煤炭、石油焦、煤焦油、石墨、沥青等碳质材料之一，或前述任意两者以上任意比例的混合物。
26.在一些实施例中，可选地，混合粉料可直接用煅白和碳还原剂配制而成。
27.在一些实施例中，可选地，混合粉料中氧化镁和氧化钙的配比不同，产出镁和碳化钙的比例不同。
28.第二方面，本发明还提供一种碳热法炼钙联产碳化钙的方法，包括以下步骤：
29.s1、制备含有氧化钙和碳还原剂的混合粉料；
30.s2、将所述混合粉料压制成球团炉料，放入设置有热源的反应器内；
31.s3、设置反应器内绝压p在10000pa≤p≤常压的范围内或为微正压，反应温度t》30lg2p+58lgp+1215℃，进行冶炼反应，可通过连接在所述反应器上的冷凝器冷凝得到液态钙，在所述反应器内得到碳化钙。
32.在一些实施例中，可选地，混合粉料中氧化钙和碳还原剂的摩尔比为cao:c≈1:3～1:1，cao和c的配比不同，钙与碳化钙的产出比例不同；可选地，混合粉料按摩尔比cao:c≈1:1配制，在充分冶炼反应后，产物只有液态钙以及co，除杂质残渣外基本没有碳化钙生成；可选地，混合粉料按摩尔比cao:c≈1:3配制，步骤s3设置反应温度t在11lg2p+71lgp+1210℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃范围内，在充分冶炼反应后，产物只有碳化钙以及co，基本没有液态钙生成。
33.第三方面，本发明还提供一种使用固相碳化钙做催化剂的碳热法炼镁联产碳化钙的方法，包括以下步骤：
34.s1、制备含有氧化镁、氧化钙、碳还原剂和碳化钙催化剂的混合粉料；
35.s2、将所述混合粉料制成球团炉料，放入设置有热源的反应器内；
36.s3、设置所述反应器内绝压p在1000pa≤p《常压的范围内，反应温度t在51lg2p-38lgp+800℃《t《20lg2p+60lgp+1050℃范围内，进行镁冶炼反应，通过连接在所述反应器上的冷凝器冷凝得到液态镁；
37.s4、在上述s3镁冶炼反应结束后，设置反应器内绝压p在1000pa≤p≤常压的范围内或为微正压，反应温度t在11lg2p+71lgp+1210℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃范围内，进行碳化钙冶炼反应，在反应器内得到碳化钙。
38.在一些实施例中，优选地，混合粉料中氧化镁的摩尔含量m
mgo
、氧化钙的摩尔含量m
cao
、碳化钙的摩尔含量m
cac2
以及碳还原剂的摩尔含量mc之间的关系为：m
mgo
≈m
cac2
，mc≈m
mgo
+3m
cao
。
39.在一些实施例中，可选地，混合粉料可直接用煅白与碳化钙催化剂和碳还原剂配制。
40.在一些实施例中，可选地，混合粉料中氧化镁和氧化钙配比不同，镁和碳化钙的产出比例不同。
41.第四方面，本发明还提供一种使用液相碳化钙为催化剂的碳热法炼镁联产碳化钙的方法，包括以下步骤：
42.s1、制备含有氧化镁和氧化钙的颗粒状原料，以及颗粒状碳还原剂；
43.s2、将碳化钙催化剂放入设置有热源的反应器内，并加热熔化碳化钙成熔融状态形成催化剂熔池；
44.s3、a)将所述含有氧化镁和氧化钙的颗粒状原料与所述颗粒状碳还原剂混合，添加到催化剂熔池中，在催化剂熔池液面上形成有一定厚度的固相料层；或b)先在催化剂熔池液面上铺一层所述含有氧化镁和氧化钙的颗粒状原料形成第一原料层，然后再在所述第一原料层上铺一层所述颗粒状碳还原剂形成第一还原层，按顺序依次叠加层数；
45.s4、设置反应器内绝压p在1000pa≤p≤常压的范围内或为微正压，设置熔池温度t在1900℃≤t≤30lg2p+58lgp+1215℃范围内，进行冶炼反应；反应过程中通过调整s3中料层厚度，使镁蒸气持续穿过料层并在离开料层时的温度冷却至高于镁蒸气的冷凝温度tb＝21.4lg2p+18.4lgp+437℃，通过连接在反应器上的冷凝器冷凝得到液态镁。
46.在一些实施例中，优选地，s3所有料层中碳还原剂的摩尔含量mc、氧化镁的摩尔含量m
mgo
以及氧化钙的摩尔含量m
cao
之间的关系为：mc≈m
mgo
+3m
cao
。
47.在一些实施例中，优选地，颗粒状原料和颗粒状碳还原剂的尺寸为5mm～100mm。
48.在一些实施例中，优选地，反应器外层为密闭容器，内部设置有冶炼腔，密闭容器与冶炼腔之间设有保温层，密闭容器不直接受热，起到的作用为将反应器内部冶炼环境与外界空气密封隔离；碳化钙催化剂熔池在冶炼腔内，冶炼腔由耐热温度至少高于1900℃的耐高温材料部件构成，耐高温材料优选为石墨。
49.在一些实施例中，可选地，含有氧化镁和氧化钙的原料可直接用煅白制成。
50.在一些实施例中，可选地，颗粒状原料中氧化镁和氧化钙的比例不同，镁和碳化钙的产出比例不同。
51.第五方面，本发明还提供了一种使用固相碳化钙为催化剂的碳热法炼金属的方
法，包括以下步骤：
52.s1、制备含有金属氧化物mmo和碳还原剂、碳化钙催化剂的混合粉料；所述金属氧化物mmo中的金属m为mg、pb、sn、zn、fe、mn、ni、co、cr、mo或v，m为金属元素m与氧元素o的原子数之比，m≤1；
53.s2、将所述混合粉料制成球团炉料，放入设置有热源的反应器内；
54.s3、设置所述反应器内绝压p在高于金属m三相点压力的低真空范围内，反应温度t高于在绝压p下反应开始的温度且低于在绝压p下反应开始的温度(可根据叶大伦著《实用无机物热力学数据手册》第2版第1～25页给出的方法及该手册相关数据，计算得到相关金属三相点的压力以及相关反应开始的温度)，进行金属m的冶炼反应，通过连接在反应器上的冷凝器冷凝得到金属单质m；
55.s4、在上述s3金属m冶炼反应结束后，设置反应器内绝压p在高于金属m三相点压力的低真空范围内或常压、微正压下，反应温度t在11lg2p+71lgp+1210℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃范围内，进行碳化钙冶炼反应，反应结束后在反应器内得到碳化钙。
56.在一些实施例中，优选地，混合粉料含有的金属氧化物mmo、碳化钙和碳还原剂的摩尔比为mmo:cac2:c≈1:1:1。
57.在一些实施例中，优选地，上述金属氧化物为氧化镁时，s3中设置反应器内绝压p在1000pa≤p《常压的低真空范围内，反应温度t在51lg2p-38lgp+800℃《t《20lg2p+60lgp+1050℃范围内，进行镁冶炼反应；s4中设置反应器内绝压p在1000pa≤p≤常压的范围内或为微正压，反应温度t在11lg2p+71lgp+1210℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃范围内，进行碳化钙冶炼反应。
58.第六方面，本发明还提供了一种使用液相碳化钙为催化剂的碳热法炼金属的方法，包括以下步骤：
59.s1、制备含有金属氧化物mmo的颗粒状原料，以及颗粒状碳还原剂；所述金属氧化物mmo中金属m为mg、pb、sn、zn、fe、mn、ni、co、cr、mo或v，m为金属元素m与氧元素o的原子数之比，m≤1；
60.s2、将碳化钙催化剂置入设置有热源的反应器内，将碳化钙加热熔化成熔融状态形成催化剂熔池，并保持熔池温度为1900～2300℃；
61.s3、a)将含有金属氧化物mmo的颗粒状原料和颗粒状碳还原剂混合，添加到催化剂熔池中，在催化剂熔池液面上形成有一定厚度的固相料层；或b)先在催化剂熔池液面上铺一层所述含有金属氧化物mmo的颗粒状原料形成第一原料层，再在所述第一原料层上铺一层所述颗粒状碳还原剂形成第一还原层，按顺序依次叠加层数；
62.s4、设置反应器内绝压p在高于金属m三相点压力的低真空或常压、微正压下，进行冶炼反应；在反应过程中，通过调整s3中料层的厚度，使反应生成的金属m的蒸气持续穿过料层并在离开料层时仍保持气态，通过连接在反应器上的冷凝器冷凝得到液态金属单质m。
63.在一些实施例中，优选地，s3料层中含有的金属氧化物和碳还原剂的总含量的摩尔比为mmo:c≈1:1。
64.在一些实施例中，优选地，氧化物为氧化镁时，s4中设置反应器内绝压p在1000pa
≤p≤常压的范围内或为微正压，进行冶炼反应；通过调整s3中料层厚度，使反应生成的镁蒸气持续穿过料层并在离开料层时冷却至温度高于镁蒸气冷凝温度tb＝21.4lg2p+18.4lgp+437℃，通过连接在反应器上的冷凝器冷凝得到液态镁。
65.本发明所达到的技术效果如下：
66.1.通过本发明公开的方法可以产出液态镁，彻底解决了碳热法炼镁易生成镁粉发生爆炸的安全隐患，并且液态镁可直接进行精炼或铸锭，节约再次熔镁的成本；
67.2.本发明通过联产碳化钙(电石)副产品，可显著提升镁冶炼经济效益，并且没有任何废渣生成，环境效益也十分优越，在工业上具备很好的应用前景；
68.3.利用本发明中的固相碳化钙做催化剂进行镁及其他金属冶炼，可彻底解决碳热法冶炼的逆反应问题；利用本发明中的液相碳化钙做催化剂进行镁及其他金属冶炼时，碳热法冶炼的逆反应主要发生在金属蒸气和co混合气体穿过固相料层的过程中，冶炼逆反应的宏观效率大幅度减弱，可基本解决碳热法冶炼逆反应问题；
69.4.利用本发明中的碳热法炼钙，与传统铝热法炼钙工艺相比，钙冶炼成本显著降低，且碳热法炼钙不产生废渣，副产物碳化钙和一氧化碳都可以得到有效利用，具有明显经济价值；
70.5.利用本发明中的液相碳化钙做催化剂进行镁及其他金属冶炼，相比于固相碳化钙催化剂冶炼，省略了磨粉、压球等工序，简化了工艺路线，节约了成本；另外液相反应速度要比固相反应速度明显快，提高了生产效率；
71.6.本发明的碳化钙催化剂碳热法可以冶炼多种金属，例如铅、锡、锌、铁、锰、镍、钴、铬、钼、钒等金属的氧化物，都可以首先碳化钙催化剂反应生成金属单质和氧化钙，然后氧化钙再与碳反应生成碳化钙，适用范围广，冶炼成本低。
72.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
73.图1示出了氧化镁、氧化钙和碳以及碳化钙的混合物相关化学反应的温度t(℃)与绝对压力p(pa)的关系曲线；其中：曲线(1)～(4)为温度高于相应曲线时反应能够进行，曲线(5)为温度低于该曲线时反应能够进行；
74.图2示出了已有资料给出的镁蒸气冷却过程的三相变化曲线；
75.图3示出了根据热力计算绘制的镁蒸气冷却过程的三相变化曲线；
76.图4示出了根据热力计算绘制的钙蒸气冷却过程的三相变化曲线；
77.图5示出了优选实施例的金属单质m的氧化物mmo用cac2做催化剂通过碳热法冶炼金属单质m的相关化学反应温度t(℃)与绝压p(pa)的关系曲线；其中：曲线(1)和(3)为金属氧化物mmo还原反应的定性示意曲线，曲线(1)～(4)为温度高于相应曲线时反应能够进行，曲线(5)为温度低于该曲线时反应能够进行。
具体实施方式
78.以下参考说明书附图介绍本发明的几种技术思路和优选的实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的技术思路及实施例来体现，本发明
的保护范围并非仅限于文中提到的技术思路及实施例。
79.一、技术思路1——碳热法炼镁联产碳化钙
80.由图1可知，在绝压p《100pa，即lgp《2时，cao
(s)
+3c
(s)
→
cac
2(s)
+co
(g)
反应的曲线(2)与2cao
(s)
+cac
2(s)
→
3ca
(g)
+2co
(g)
反应的曲线(4)距离很近，说明很难通过控制反应温度让生成cac2的反应发生而生成ca蒸气的反应不发生。并且，ca蒸气与c反应生成cac2的ca
(g)
+2c
(s)
→
cac
2(s)
反应曲线(5)也与曲线(4)距离非常近，而放热反应ca
(g)
+2c
(s)
→
cac
2(s)
又是在温度低于曲线(5)才会发生，说明实际应用中生成ca蒸气的反应2cao
(s)
+cac
2(s)
→
3ca
(g)
+2co
(g)
一旦发生，则很难做到在温度低于曲线(5)的状态下使ca
(g)
+2c
(s)
→
cac
2(s)
反应发生，即ca蒸气只能白白流失而难以与碳反应生成cac2。但在绝压p≥1000pa，即lgp》3时，曲线(2)、(4)、(5)之间的距离依次拉开，能够比较容易地控制反应温度在高于曲线(2)但低于曲线(4)的区间内，确保只发生生成cac2的反应而不发生生成ca蒸气的反应，也能够比较容易地控制反应温度在同时高于曲线(2)和曲线(4)但低于曲线(5)的区间内，确保在发生了生成cac2的反应后，还能确保生成的ca蒸气与c反应再生成cac2而不蒸发流失。当然，这时候温度都显著高于曲线(1)和曲线(3)，生成镁蒸气不存在任何问题。
81.图1给出了根据实验数据回归并通过热力学计算验证的相关反应的温度t与绝压p之间关系的数学方程，其中反应cao
(s)
+3c
(s)
→
cac
2(s)
+co
(g)
的曲线(2)回归方程近似为t＝11lg2p+71lgp+1210℃，反应ca
(g)
+2c
(s)
→
cac
2(s)
的曲线(5)回归方程近似为t＝98lg2p-129lgp+1300℃，在绝对压力p≥1000pa时，只要反应温度t在11lg2p+71lgp+1210℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃区间内，就能够确保生成镁蒸气和cac2，不会因钙的蒸发流失而降低碳化钙的产率。
82.另外，碳热法炼镁的两个主要问题中，镁蒸气与co气体共同冷却时生成镁粉的安全性问题，是制约工业化应用的主要因素(冶炼逆反应问题造成还原率降低和粗镁杂质含量高的问题，可通过延长还原时间、粗镁精炼等辅助技术手段解决，不是制约工业化应用的主要因素)。已有文献(见图2)和热力计算(见图3)均表明，镁蒸气在绝对压力p≥1000pa时，冷却时不经过液相而直接冷凝成固相，而在镁蒸气与co等不凝结气体共存时，冷却过程中很容易生成镁粉；但当绝对压力p≥1000pa时，镁蒸气冷却时首先生成液态镁，液态镁进一步冷却只能得到块状结晶镁而不可能成为镁粉。由于石墨、碳化硅等耐高温非金属材料不能保持真空，因此传统热还原法炼镁技术的反应器均采用耐热钢还原罐，而耐热钢的工作温度一般不超过1200℃，在此温度下，能够有效进行冶炼反应的绝压都不超过10～100pa，所以传统炼镁技术镁蒸气无法冷却成液态镁。
83.当采用电加热反应器时，炉料盛放在耐高温材质的冶炼腔内进行冶炼，冶炼腔设置在密闭容器内，密闭容器与冶炼腔之间设有保温层，电加热元件直接或间接加热保温层内的冶炼腔及炉料，密闭容器不受高温热且主要起到将反应器内部与外界空气密封隔离的作用。由于构成冶炼腔的耐高温材料部件的耐热温度可达1500℃以上甚至更高，相应的镁蒸气绝对压力就可提高到1000pa以上产出液态镁，能够彻底避免生成镁粉的安全性问题，并且产出的液态镁可以直接精炼或铸锭，节约二次熔镁的能耗、人工等成本。耐高温材料可选自石墨、碳化硅、二硅化钼、钨、钨合金、钼、钼合金或耐高温陶瓷等。
84.可见，若采用密闭容器内电加热耐高温材质的冶炼腔反应器，并保持反应器内绝压p在1000pa≤p≤常压的范围内或在微正压下进行碳热法镁冶炼，不仅能够在节约真空泵
能耗的情况下高效炼镁、高效产出cac2，而且可彻底避免碳热法炼镁镁粉爆炸的危险性；并且产出的液态镁可直接精炼或铸锭，节约再次熔镁的成本。本发明所说的微正压，是指正压不高于当地大气压力1000pa的情况。
85.碳热法炼镁中所用的碳还原剂为焦炭、兰炭、煤炭、石油焦、煤焦油、石墨、沥青或前述任意两者以上的混合物。
86.实施例1
87.某煤矿产无烟煤的固定碳含量为90％，某矿山产白云石(mgco3·
caco3)的化验结果见下表。
88.白云石样品化学成分(w％)
[0089][0090]
s1、用回转窑将该白云石煅烧成煅白后，称取100kg煅白，其中含氧化镁mgo＝36.93kg，氧化钙cao＝61.74kg；称取无烟煤56.31kg，将二者混合后磨成100目的粉末156.31kg；
[0091]
s2、用压球机将上述粉末压制为长
×
宽
×
高＝50
×
30
×
20mm枕形球团炉料，放入钢制密闭容器内的石墨冶炼腔内，石墨冶炼腔外设置有电磁感应线圈加热热源，感应线圈与与石墨冶炼腔之间设有保温层，钢制容器上部的真空管道接口与真空泵之间串联管壳式冷凝器，冷凝器下部连接有密闭镁液罐；
[0092]
s3、通过持续抽真空将钢制容器内绝压维持在p≈3000pa，通过电磁感应将冶炼腔加热并维持温度在t＝1800
±
20℃，进行冶炼反应，从镁液罐观察孔可见液态镁从冷凝器流入镁液罐。反应进行4小时后，仪表显示电加热功率明显降低并趋于平稳，说明冶炼反应基本结束，用氩气破真空至反应器真空压力表显示压力为零时，打开反应器底部排渣孔，排出球团电石。
[0093]
经收集称量，产粗镁18.89kg，产球团电石89.05kg。经分析化验，炼制的粗镁含镁98.5％，炼制的电石发气量236l/kg，折算碳化钙含量63％。
[0094]
二、技术思路2——碳热法炼钙联产碳化钙
[0095]
从图1可知，在碳与氧化钙反应产出碳化钙阶段：(1)若温度在11lg2p+711lgp+1210℃《t《30lg2p+58lgp+1215℃范围内，则只发生cao+3c
→
cac2+co反应，炼出cac2。(2)若温度在30lg2p+58lgp+1215℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃范围内，则先发生cao+3c
→
cac2+co反应生成cac2，然后又会发生2cao+cac2→
3ca+2co反应产出钙蒸气。但是，如果反应体系c/cao摩尔比≥3，则因cao+3c
→
cac2+co首先发生充分反应，而没有剩余的cao与cac2发生2cao+cac2→
3ca+2co产钙反应，则系统产物为cac2，没有钙蒸气流出反应体系；如果c/cao摩尔比＜3，则因没有足够的碳使反应cao+3c
→
cac2+co充分完成而有cao剩余，并且剩余的cao又会与cac2发生2cao+cac2→
3ca+2co产钙反应，使系统中cac2较少，并且有钙蒸气流出反应体系；若反应体系c/cao摩尔比≤1，则因体系中碳太少而cao+3c
→
cac2+co更不能充分完成，生成的cac2会被2cao+cac2→
3ca+2co全部消耗完，并且生成的钙最终因没有剩余的碳与之
发生ca+2c
→
cac2反应而彻底流出反应体系，最终无碳化钙产出而只有钙产出。(3)若温度t》98lg2p-129lgp+1300℃，则只能依次发生cao+3c
→
cac2+co和2cao+cac2→
3ca+2co两个反应，因温度过高而反应ca+2c
→
cac2不能发生，即使反应体系有足够多的碳存在且反应充分，最终也只能产出钙而没有碳化钙。
[0096]
目前的主流钙冶炼方法是铝热法，用氧化钙粉末做原料、铝粉做还原剂，混合压球后，在真空、1050～1200℃条件下，通过6cao+2al
→
3ca+3cao
·
al2o3还原反应产生钙蒸气，冷凝后得到结晶钙。冶炼1吨钙约消耗3吨氧化钙、0.5吨铝粉，产生约2.5吨铝酸钙废渣，冶炼成本高，并且铝粉有爆炸危险。
[0097]
若用碳做还原剂进行钙冶炼，相关反应如下：
[0098][0099][0100]
上述第二式相加，得：
[0101][0102]
理论上讲，冶炼1吨钙只需消耗1.4吨氧化钙、0.3吨碳，且没有废渣生成。估算电耗在5000kwh/t左右，冶炼成本约为铝热法的一半左右，经济效益、环境效益和安全生产水平均明显提高。
[0103]
混合粉料中cao和c的配比不同，充分冶炼反应后产出的钙与碳化钙的比例不同。当摩尔比cao:c≈1:1时，只生成钙和co而基本没有碳化钙生成；当摩尔比cao:c≈1:3且反应温度t在11lg2p+71lgp+1210℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃范围时，只生成碳化钙和co而基本没有钙生成；当摩尔比cao:c在1:1～1:3之间时，能够同时产出钙和碳化钙。
[0104]
实施例2
[0105]
s1、某矿山产石灰石的化学成分为cao＝54.0％，mgo＝3.0％，sio2＝1.5％，烧损41.4％，其余杂质0.1％；某焦化厂产焦的炭固定碳含量85％。称取该石灰石煅烧后的石灰100kg做原料，其中含有氧化钙92.15kg；在只生产钙而不联产碳化钙时，按摩尔比cao:c≈1:1配入焦炭还原剂23.23kg，混合后磨粉得到123.23kg的100目混合粉料；
[0106]
s2、用压球机将上述粉末压制成为长
×
宽
×
高＝50
×
30
×
20mm枕形球团炉料，放入钢制密闭容器内的石墨冶炼腔内，石墨冶炼腔外设置有电磁感应线圈加热热源，感应线圈与石墨冶炼腔之间设有保温层，钢制容器上部的真空管道接口与真空泵之间串联管壳式冷凝器，冷凝器下部连接有密闭的液态钙收集罐；
[0107]
s3、通过持续抽真空维持钢制容器内绝压p≈10000pa，通过电磁感应将冶炼腔加热并维持温度在t＝2000
±
20℃，进行冶炼反应，从液态钙收集罐观察孔可见液态钙从冷凝器流入液态钙收集罐。反应进行2.5小时后，仪表显示电加热功率明显降低并趋于平稳，说明冶炼反应基本结束，用氩气破真空至反应器真空压力表显示压力为零时，打开反应器底部排渣孔发现，有少量残渣生成，残渣中虽含有少量碳化钙，但没有作为电石使用的工业价值。
[0108]
收集称量，产粗钙63.07kg，残渣量13.35kg。分析化验粗钙含钙99.53％，主要杂质元素为mg、fe等；残渣主要元素成分为c、ca、si、al等。
[0109]
三、技术思路3——固相催化剂碳热法炼镁联产碳化钙
[0110]
上述“技术思路1”通过连接在反应器上的冷凝器冷凝得到液态镁，不会生成镁粉，解决了碳热法工业生产的重大安全隐患。但“技术思路1”只是明显减弱了镁蒸气和co的冶炼逆反应，并没有完全避免冶炼逆反应的发生，因此“技术思路1”的炼镁还原率和产品纯度依然偏低。
[0111]
实验研究发现，体系中存在cac2的碳热法炼镁反应的产镁速度，明显比没有cac2时快得多。理论研究表明，当体系中有足够的cac2时，在一定条件下，炼镁反应由和两步构成，cac2在反应中起催化剂作用。并且在第一步mgo与cac2的反应中只生成镁蒸气一种气体，在第二步cao与c的反应中只生成co一种气体。因此在及时排出生成气体的情况下，反应器内不会同时存在镁蒸气和co，也就不可能发生冶炼逆反应mg
(g)
+co
(g)
→
mgo
(s)
+c
(s)
，产出液态时也没有生成镁粉的可能。并且理论上讲，生成的cac2与原料中加入的催化剂cac2等量，可回收作为下一个冶炼周期的催化剂复用，使用催化剂并不增加冶炼成本。同理，在用煅白(mgo
·
cao)做原料时，反应可分解为和两个步骤，并且产出的cac2是用mgo作原料时的2倍，一半可作为催化剂复用，另一半可作为电石出售，镁冶炼的经济效益大幅提高。
[0112]
由图1可知，在氧化镁和氧化钙与c的反应体系中，如果有足够量的cac2存在，若首先将反应温度保持在低于曲线(1)、但高于曲线(3)的状态，则曲线(1)的反应mgo
·
cao
(s)
+c
(s)
→
mg
(g)
+co
(g)
+cao
(s)
不会发生，只发生曲线(3)的反应mgo
·
cao
(s)
+cac
2(s)
→
mg
(g)
+2c
(s)
+2cao
(s)
，即只生成mg蒸气、c和cao，而没有co；由于ca
(g)
+2c
(s)
→
cac
2(s)
放热反应是在温度低于曲线(5)时才发生，因此如果在完成曲线(3)镁冶炼反应后，再升温到高于曲线(2)但低于曲线(5)的温度继续冶炼，则会发生曲线(2)的反应cao
(s)
+3c
(s)
→
cac
2(s)
+co
(g)
和曲线(4)反应2cao
(s)
+cac
2(s)
→
3ca
(g)
+2co
(g)
以及曲线(5)的反应ca
(g)
+2c
(s)
→
cac
2(s)
，生成cac2和co，不会发生钙以蒸气形式流失的问题。也就是说，如果在氧化镁和氧化钙与c的碳热法炼镁反应体系中添加足够的cac2，并将反应过程分为镁冶炼和碳化钙冶炼两个步骤，即：
[0113]
(1)首先，将反应温度保持在51lg2p-38lgp+800℃《t《20lg2p+60lgp+1050℃范围进行镁冶炼，则只生产镁蒸气一种气体，不可能发生镁蒸气与co的冶炼逆反应，若同时将压力保持在绝压p≥1000pa产出液态镁，也没有镁粉爆炸的危险；
[0114]
(2)然后，再将温度保持在11lg2p+71lgp+1210℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃范围内，进行cac2冶炼并生成co，也不会发生钙以蒸气形式流失而造成cac2产量降低的问题。
[0115]
实施例3
[0116]
s1、选用与实施例1相同的无烟煤和白云石，发气量300l/kg(cac2含量80％)的电石，固定碳含量80％的高温沥青；用回转窑煅烧白云石后，称取100kg煅白，其中含氧化镁mgo＝36.93kg，氧化钙cao＝61.74kg；理论需要纯碳50.69kg，为方便压球，碳80％用无烟煤，20％用沥青；称取无烟煤45.06kg，沥青12.67kg，电石73.31kg。将100kg煅白与无烟煤、沥青和电石混合后磨成100目的粉末231.45kg；
[0117]
s2、用压球机将上述粉末压制成长
×
宽
×
高＝50
×
30
×
20mm枕形球团炉料，放入
钢制密闭容器内的石墨冶炼腔内，石墨冶炼腔外设置有电磁感应线圈加热热源，感应线圈与石墨炉腔之间设有保温层，钢制容器上部的真空管道接口与真空泵之间串联管壳式冷凝器，冷凝器下部连接有密闭镁液罐；
[0118]
s3、通过持续抽真空将钢制容器内绝压维持在p≈2000pa，通过电磁感应将冶炼腔加热并维持温度在t＝1450
±
20℃，进行镁冶炼反应，从镁液罐观察孔可见液态镁从冷凝器流入镁液罐。
[0119]
s4、上述反应进行1小时左右后，仪表显示电加热功率明显降低并趋于平稳，说明镁冶炼反应已基本结束。然后保持钢制容器内压力不变，将冶炼腔温度提高到t＝1750～1800℃，进行碳化钙冶炼反应。反应进行约2小时候，加热功率再次降低并趋于平稳，说明碳化钙冶炼反应基本结束，用氩气破真空至反应器真空压力表显示压力为零时，打开反应器底部排渣孔，排出球团电石。
[0120]
该装置大约3小时为一个生产周期，每个周期产粗镁20.96kg、产电石(扣除投入的碳化钙催化剂)89.9kg。经分析化验，粗镁含镁99.93％，球团电石发气量241l/kg，折算碳化钙含量约为64％。平均每小时产镁约7kg/h、产纯净碳化钙(扣除投入催化剂)约15kg/h。
[0121]
四、技术思路4——液相催化剂碳热法炼镁联产碳化钙
[0122]
上述“技术思路3”必须首先将原料、还原剂、催化剂磨粉后压制成球团，然后将球团装入反应器，通过固相反应完成冶炼过程。一般来说，固相反应速度比液相反应速度要慢得多，并且磨粉、压球工序使工艺路线变长，生产成本升高。
[0123]
纯cac2熔点约为2300℃，含有不同比例cao的电石熔点最低可降低到约1800～1900℃。试验发现，将块状mgo投入到熔融状电石熔池中，很快会产出大量镁蒸气和co气体；将块状mgo
·
cao投入到电石熔池中，在很快产出大量镁蒸气和co气体的同时，还会有少量钙蒸气产生，并且熔池内液态cac2的量会逐渐增多。如果在电石熔池表面按一层mgo
·
cao原料碎块、一层焦炭碎块逐层(或将焦炭与原料碎块混合)铺设在液面上(部分会淹没在熔池液面以下、部分会浮在液面以上)，当液面以上料层较厚时，从碎块料层上部排出的气体只有镁蒸气和co；当液面以上料层较薄时，从碎块料层上部排出大量镁蒸气和co气体的同时，还会有少量钙蒸气一并排出，并且通过改变料层厚度，可以调整钙蒸气的排出量。
[0124]
分析图1可知，将块状mgo
·
cao和块状c投入熔融cac2中，首先发生反应同时，随着游离c在熔体中生成，反应mgo
·
cao
(s)
+c
(s)
→
mg
(g)
+co
(g)
+cao
(s)
和2cao
(s)
+cac
2(s)
→
3ca
(g)
+2co
(g)
也会一定程度的发生，但后两个反应(特别是最后一个反应)较弱，产生钙蒸气和co的量(与生成镁蒸气相比)比较少，在穿过块状料层时，会在块状碳表面与c发生反应ca
(g)
+2c
(s)
→
cac
2(s)
，当块状碳层足够厚时，料层上部没有钙蒸气排出；在熔池中mgo消耗完毕后，cao和c开始发生cao
(l)
+3c
(s)
→
cac
2(l)
+co
(g)
反应，熔池内的cac2会随该反应的进行而增多。由于温度高且熔融cac2中反应物扩散快，特别是cao和cac2处于共熔状态，熔池中的反应cao
(l)
+3c
(s)
→
cac
2(l)
+co
(g)
要比固相反应cao
(s)
+3c
(s)
→
cac
2(s)
+co
(g)
快得多，即碳还原炼镁在液相催化时要比固相催化时快得多。
[0125]
由图1和图3、图4可知，在cac2为熔融状态即熔池温度t》1900℃、压力p在1000pa≤p《10000pa时，通过设置合理料层厚度(根据具体反应温度和绝对压力进行调整)，控制镁蒸气离开料层的温度t低于t＝98lg2p-129lgp+1300℃、略高于镁蒸气凝结温度tb＝21.4lg2p+
18.4lgp+437℃，即镁蒸气离开料层的温度t在7812.6/(11.8-lgp)-273℃《t《98lg2p-129lgp+1300℃范围内时，可通过冷凝镁蒸气得到液态镁，但这时可能会有少量钙蒸气随co气体流失；如果压力p≥10000pa，在控制熔池温度t≤30lg2p+58lgp+1215℃的同时，控制镁蒸气离开料层的温度t略高于t＝21.4lg2p+18.4lgp+437℃，可通过冷凝镁蒸气得到液态镁，并且能够基本消除冶炼逆反应，也没有任何钙蒸气流失。同理，在压力p≥10000pa时，若熔池温度t》30lg2p+58lgp+1215℃、镁蒸气离开料层的温度t》37lg2p-73lgp+580℃(钙蒸气凝结温度)，则可通过冷凝得到液态镁和少量液态钙，没有钙蒸气流失。
[0126]
实施例4
[0127]
s1、选用与实施例1相同的粒径在20～50mm的白云石，用回转窑煅烧成煅白，每吨煅白含氧化镁369.3kg、氧化钙617.4kg；选用某兰炭厂产粒径10～20mm、固定碳含量82％的兰炭，某电石厂产发气量300l/kg(cac2含量80％)的电石。计算每吨煅白需配入兰炭618.2kg，即煅白与兰炭的质量比为1:0.6182。
[0128]
s2、将电石放入电阻加热的密闭钢制反应器的石墨冶炼腔内加热熔化，并形成约300mm深的电石熔池。
[0129]
s3、按上述煅白与兰炭的质量比为1:0.6182将煅白颗粒与兰炭颗粒混合均匀后，添加到熔池中，直至熔池液面以上没有被淹的没料层厚度大约在500mm。
[0130]
s4、设置反应器内绝压p≈20000pa，通过调整电加热功率，保持熔池温度在t＝2000
±
20℃，进行冶炼反应；同时，通过加料调整料层厚度，使镁蒸气离开料层时的温度约为1000℃，镁蒸气进入串联在反应器上的冷凝器经冷凝得到液态镁。冶炼过程中，熔池液面升至高于控制液面时，通过反应器排液口排出，排出的液态碳化钙冷凝后作为副产品电石出售。
[0131]
该方法平均每小时产纯镁约13kg/h、产纯净碳化钙约33kg/h，生产效率约为固相催化剂法的2倍。镁液直接冷凝后的粗镁含镁率95％左右，液态碳化钙冷却后得到的电石的发气量为270l/kg，折算碳化钙含量约72％，粗镁品质比固相法低，但电石品质比固相法高。
[0132]
五、技术思路5——固相碳化钙催化剂碳热法冶炼多种金属
[0133]
研究发现，不仅氧化镁和氧化钙的混合物可用碳化钙作催化剂用碳热法炼镁，而且mg、pb、sn、zn、fe、mn、ni、co、cr、mo、v等许多金属(以下统一用m表示)的氧化物mmo(m表示金属原子数目与氧原子数目之比)，均可与碳化钙反应生成金属单质和氧化钙，而且反应生成的氧化钙也能与碳反应再次生成碳化钙，冶炼反应可用下式统一表示：
[0134][0135][0136]
上述二式相加，得：
[0137][0138]
可见，cac2在反应中起催化剂作用。化学反应的热力学规律用图5定性描述。
[0139]
由此可见，用和前述氧化镁和氧化钙混合原料以碳做还原剂、碳化钙做催化剂炼镁的相同方法，也可冶炼镁、铅、锡、锌、铁、锰、镍、钴、铬、钼、钒等金属的氧化物，产出相应的单质金属。每个生产周期产出碳化钙的量基本与加入的催化剂碳化钙等量，可全部作为催化剂复用。
[0140]
实施例5
[0141]
s1、某矿山产菱镁矿一级品，化学成分mgo＝46％，cao＝0.6％，sio2＝1.0％；某电石厂产电石一级品，cac2含量80％；某化工厂产高温沥青，固定碳含量80％。取煅烧菱镁石100kg，含有效成分mgo＝96.64kg，配入电石191.84kg，配入沥青35.97kg。混合后磨成100目的混合粉料327.81kg。
[0142]
s2、将上述混合粉料压制成为长
×
宽
×
高＝50
×
30
×
20mm的枕形球团，放入钢制密闭容器内的石墨冶炼腔内，石墨冶炼腔用电阻加热，冶炼腔与钢制容器之间设有保温层，钢制容器上部的真空管道接口与真空泵之间串联管壳式冷凝器，冷凝器下部连接有密闭镁液罐。
[0143]
s3、设置反应器内绝压p≈1000pa，调整加热电功率保持冶炼腔温度t＝1400
±
20℃进行镁冶炼，从镁液罐观察孔可见液态镁从冷凝器流入镁液罐。
[0144]
s4、在上述镁冶炼反应进行2小时左右后，加热电功率明显降低并趋于平稳，说明镁冶炼反应已基本结束。然后设置反应器内绝压p≈3000pa，将冶炼腔温度提高到t＝1750
±
20℃，进行碳化钙冶炼反应。反应进行约1小时后，加热功率再次降低并趋于平稳，说明碳化钙冶炼反应基本结束，用氩气破真空至反应器真空压力表显示压力为零时，打开反应器底部排渣孔，将生成的电石排出，作为下一个生产周期的还原剂使用。
[0145]
该方法大约3小时为一个生产周期，每个周期产粗镁68.56kg，平均每小时产镁约22kg/h，粗镁含镁率99.96％。
[0146]
六、技术思路6——液相碳化钙催化剂碳热法冶炼多种金属
[0147]
如果将上述“技术思路5”碳热法冶炼多种金属的方法，改用液相cac2做催化剂，不但能够显著提高冶炼反应速度，并且能够省去磨粉、压球等工序，使生产效率提高、工艺流程缩短，产品成本降低。
[0148]
实施例6
[0149]
s1、选用与实施例5相同的粒径在20～50mm的菱镁石，煅烧后每吨煅烧菱镁石中含氧化镁966.4kg；选用某焦炭厂产粒径10～20mm、固定碳含量85％的焦炭，某电石厂产发气量300l/kg(cac2含量80％)的电石。每吨煅烧菱镁石需配焦炭338.5kg，即煅烧菱镁石与焦炭的质量比为1:0.3385。
[0150]
s2、将电石放入电阻加热的密闭钢制反应器的石墨冶炼腔内加热熔化，并形成约300mm深的电石熔池。
[0151]
s3、根据上述煅烧菱镁石与焦炭1:0.3385的质量比，将煅烧菱镁石颗粒和焦炭颗粒混合均匀，添加到冶炼腔的催化剂熔池中，直至熔池液面以上没有被淹的没料层厚度大约在500mm左右。
[0152]
s4、设置反应器内绝压p≈20000pa，通过调整电加热功率，保持熔池温度在t＝2000
±
20℃，进行冶炼反应；同时，通过加料调整料层厚度，使镁蒸气离开料层时的温度约为1000℃左右，镁蒸气进入串联在反应器上的冷凝器冷凝得到液态镁。
[0153]
该方法平均每小时折算产纯镁约40kg/h，生产效率接近固相催化剂法的2倍。镁液直接冷凝后含镁率95％左右，粗镁品质比固相法低。
[0154]
以上详细描述了本发明的技术思路和较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域
中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种碳热法炼钙联产碳化钙的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、制备含有氧化钙和碳还原剂的混合粉料；s2、将所述混合粉料压制成球团炉料，放入设置有热源的反应器内；s3、设置反应器内绝压p在10000pa≤p≤常压的范围内或为微正压，反应温度t>30lg2p+58lgp+1215℃，进行冶炼反应，通过连接在所述反应器上的冷凝器冷凝得到液态钙，在所述反应器内得到碳化钙。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合粉料含有的氧化钙和碳还原剂的摩尔比为cao:c≈1:3～1:1。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合粉料的细度在80目以上。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球团炉料的当量直径为20mm～40mm。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应器外层为密闭容器，内部设置有冶炼腔，所述密闭容器与所述冶炼腔之间设有保温层；所述球团炉料放置在所述冶炼腔内。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冶炼腔由耐高温材料部件构成，所述耐高温材料的耐热温度不低于1700℃。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述耐高温材料为石墨、碳化硅、二硅化钼、钨、钨合金、钼、钼合金或耐高温陶瓷。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳还原剂为焦炭、兰炭、煤炭、石油焦、煤焦油、石墨、沥青或前述任意两者以上的混合物。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热源的加热方式为电加热。

技术总结
本发明涉及一种碳热法炼镁联产碳化钙的方法，特别适合于以氧化镁和氧化钙混合物为原料，碳为还原剂的碳热法炼镁。制备含有氧化镁、氧化钙和碳还原剂的混合粉料；将混合粉料制成球团炉料，放入设置有热源的反应器内；设置反应器内绝压P在1000Pa≤P≤常压的范围内或为微正压，反应温度T在11lg2P+71lgP+1210℃<T<98lg2P-129lgP+1300℃范围内，进行冶炼反应，通过连接在反应器上的冷凝器冷凝得到液态镁，冶炼反应结束后，在反应器内得到碳化钙。通过该方法可彻底避免碳热法炼镁的镁蒸气与CO气体共同冷却时易生成镁粉发生爆炸的安全隐患，并且可明显降低镁冶炼成本，该方法在工业上具备良好应用前景。备良好应用前景。备良好应用前景。


技术研发人员：张少军
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2020.12.17
技术公布日：2023/9/9