权利要求

1.一种镁合金车间渣提炼回收系统，其特征在于，包括依次连接的：

预处理与活化模块，用于在惰性气氛下对镁合金渣进行破碎、研磨和低温焙烧活化;

金属镁高效提取模块，与所述预处理与活化模块连接，用于通过梯度加热熔炼、电磁搅拌及真空冷凝的工序从活化渣粉中分离回收液态镁和气态镁;

无害化与资源化模块，与所述金属镁高效提取模块连接，用于对熔炼残渣进行水淬、固液分离以及从滤液中蒸发结晶回收盐类;

氧化物提纯模块，与所述无害化与资源化模块连接，用于对分离出的固体渣进行浮选、酸洗和煅烧以生产高纯氧化镁。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金车间渣提炼回收系统，其特征在于，所述预处理与活化模块包括：

一密闭破碎研磨单元，用于在惰性气体保护下将镁渣破碎研磨至100-200目;

一可控低温焙烧炉，与所述密闭破碎研磨单元连接，用于在400-500摄氏度的惰性气氛中对渣粉进行焙烧活化。

3.根据权利要求1所述的一种镁合金车间渣提炼回收系统，其特征在于，所述金属镁高效提取模块包括：

一熔析熔炼炉，其内部设有梯度加热系统和电磁搅拌系统，所述梯度加热系统被配置为使炉内下部温度高于上部温度，下部温度控制在680-720摄氏度;

一真空冷凝器，通过管道与所述熔析熔炼炉的顶部相连，用于冷凝回收挥发的镁蒸气。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金车间渣提炼回收系统，其特征在于，所述无害化与资源化模块包括：

一水淬与过滤单元，用于对高温残渣进行急冷和固液分离;

一蒸发结晶器，与所述水淬与过滤单元的液体出口连接，用于结晶混合盐并产生冷凝水;

其中，所述蒸发结晶器的冷凝水出口与所述水淬与过滤单元的水源入口连通，构成循环水回路。

5.根据权利要求1所述的一种镁合金车间渣提炼回收系统，其特征在于，所述氧化物提纯模块包括：

一浮选与酸洗单元，用于对水淬后的固体渣进行浮选除杂和酸浸提纯;

一煅烧炉，与所述浮选与酸洗单元连接，用于将提纯后的氢氧化镁煅烧为高纯氧化镁。

6.一种应用如权利要求1-5任一项所述的镁合金车间渣提炼回收系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、预处理与活化：在惰性气氛下将镁合金渣破碎、研磨，随后进行低温焙烧，得到活化渣粉;

步骤二、金属镁提取：将活化渣粉进行梯度加热熔炼并施加电磁搅拌，分离回收液态镁，同时将熔炼产生的镁蒸气进行真空冷凝回收;

步骤三、无害化与盐回收：将熔炼后的高温残渣进行水淬、固液分离，对滤液进行蒸发结晶得到混合盐，冷凝水回用;

步骤四、氧化物提纯：将步骤三分离出的固体渣进行浮选、酸洗和煅烧，得到高纯氧化镁产品。

7.根据权利要求6所述的一种镁合金车间渣提炼回收方法，其特征在于：所述步骤一中，研磨的粒度范围为100-200目;所述低温焙烧的温度为400-500摄氏度，气氛为氮气或氩气。

8.根据权利要求6所述的一种镁合金车间渣提炼回收方法，其特征在于：所述步骤二中，所述梯度加热熔炼的下部温度为680-720摄氏度，上部温度低于下部温度100-200摄氏度;所述电磁搅拌的强度为使熔池表面产生轻微涡流;所述真空冷凝的真空度为-0.03 MPa至-0.08 MPa，冷凝温度为200-400摄氏度。

9.根据权利要求6所述的一种镁合金车间渣提炼回收方法，其特征在于：所述步骤四中，所述酸洗是使用浓度为百分之三至百分之十的盐酸或硫酸进行浸出;所述煅烧的温度为800-1000摄氏度。

10.根据权利要求6所述的一种镁合金车间渣提炼回收方法，其特征在于：所述步骤三中蒸发结晶产生的冷凝水全部回用于步骤三的水淬过程。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及有色金属冶金及固体废弃物资源化的技术领域，特别是涉及一种镁合金熔炼车间渣的提炼回收系统及方法。

背景技术

[0002]镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天、汽车、电子等领域应用广泛。然而，在镁合金熔炼、铸造和加工过程中，会产生大量的车间渣。这些渣通常含有金属镁、氧化镁、氯化镁、氯化钾、氯化钠以及氮化镁等多种成分，具有反应活性高、处理难度大的特点。本着节约资源的目的，在有色金属冶金的技术领域中，将金属渣提炼回收为固体废弃物资源化的一项重要举措。

[0003]基于此，公开号为CN111809060B的中国专利文件公开了一种稀有金属提炼、矿用废渣回收方法，该稀有金属提炼、矿用废渣回收方法，包括以下步骤：步骤一、预处理：准备矿用废渣，将得到的矿用废渣进行破碎处理;S2、酸浸出：将破碎之后的矿用废渣中加入浓硫酸溶液，搅拌均匀后，浸出处理，然后进行固液分离，得到浸出液以及浸出渣。在该种技术方案中，首先利用金属活泼性的不同，回收铜单质，然后再利用金属活性的强弱对矿用废渣的银与金进行提纯以及回收，有效的除去了银合金中的其它杂质，保证了银合金的纯度，从而也让稀有金属的回收率得到提升，通过对矿用废渣进行回收处理，一方面减少了矿用废渣对环境的污染，另一方面也大大减少了稀有金属资源的浪费。

[0004]具体的，目前对镁合金车间渣的处理方法主要包括：

1.直接回炉熔炼：将大块渣直接放回熔炼炉，利用高温使部分金属镁熔化回收。该方法回收率低，通常低于50%，且会将大量杂质重新带入熔体，影响合金质量，能耗高。

[0005]2.回转窑处理：将渣料在回转窑中高温加热，使金属镁挥发，再冷凝回收。该方法虽然回收率有所提高，但能耗极高，设备投资大，且处理过程中易产生氯气、氯化氢等有害气体，造成二次污染，残余的窑渣仍需作为危险废物处理。

[0006]3.湿法处理：使用酸或水浸出渣中的可溶物，再分别处理。该方法流程长，废水处理压力大，且对金属镁的回收效果不佳。

[0007]综合地看，现有技术的共同缺陷在于：金属回收率低、能耗高、环境污染风险大、资源化程度低，未能实现镁合金渣的全组分、高价值、清洁化回收。因此，开发一种创新性的回收技术，以实现高效、节能、环保和资源化的综合目标，已成为本领域迫切的需求。

发明内容

[0008]基于此，有必要针对现有技术的不足，提供一种基于热机械活化与多级分离的镁合金渣闭环清洁回收系统及方法，以解决金属回收率低、能耗高、污染大、资源浪费严重等问题。

[0009]一种镁合金车间渣提炼回收系统，其包括依次连接的：

预处理与活化模块，用于在惰性气氛下对镁合金渣进行破碎、研磨和低温焙烧活化;

金属镁高效提取模块，与所述预处理与活化模块连接，用于通过梯度加热熔炼、电磁搅拌及真空冷凝的工序从活化渣粉中分离回收液态镁和气态镁;

无害化与资源化模块，与所述金属镁高效提取模块连接，用于对熔炼残渣进行水淬、固液分离以及从滤液中蒸发结晶回收盐类;

氧化物提纯模块，与所述无害化与资源化模块连接，用于对分离出的固体渣进行浮选、酸洗和煅烧以生产高纯氧化镁。

[0010]进一步的，所述预处理与活化模块包括：

一密闭破碎研磨单元，用于在惰性气体保护下将镁渣破碎研磨至100-200目;

一可控低温焙烧炉，与所述密闭破碎研磨单元连接，用于在400-500摄氏度的惰性气氛中对渣粉进行焙烧活化。

[0011]具体的，所述金属镁高效提取模块包括：

一熔析熔炼炉，其内部设有梯度加热系统和电磁搅拌系统，所述梯度加热系统被配置为使炉内下部温度高于上部温度，下部温度控制在680-720摄氏度;

一真空冷凝器，通过管道与所述熔析熔炼炉的顶部相连，用于冷凝回收挥发的镁蒸气。

[0012]具体的，所述无害化与资源化模块包括：

一水淬与过滤单元，用于对高温残渣进行急冷和固液分离;

一蒸发结晶器，与所述水淬与过滤单元的液体出口连接，用于结晶混合盐并产生冷凝水;

其中，所述蒸发结晶器的冷凝水出口与所述水淬与过滤单元的水源入口连通，构成循环水回路。

[0013]具体的，所述氧化物提纯模块包括：

一浮选与酸洗单元，用于对水淬后的固体渣进行浮选除杂和酸浸提纯;

一煅烧炉，与所述浮选与酸洗单元连接，用于将提纯后的氢氧化镁煅烧为高纯氧化镁。

[0014]进一步的，一种应用前述的一种镁合金车间渣提炼回收系统的方法，其包括以下步骤：

步骤一、预处理与活化：在惰性气氛下将镁合金渣破碎、研磨，随后进行低温焙烧，得到活化渣粉;

步骤二、金属镁提取：将活化渣粉进行梯度加热熔炼并施加电磁搅拌，分离回收液态镁，同时将熔炼产生的镁蒸气进行真空冷凝回收;

步骤三、无害化与盐回收：将熔炼后的高温残渣进行水淬、固液分离，对滤液进行蒸发结晶得到混合盐，冷凝水回用;

步骤四、氧化物提纯：将步骤三分离出的固体渣进行浮选、酸洗和煅烧，得到高纯氧化镁产品。

[0015]具体的，所述步骤一中，研磨的粒度范围为100-200目;所述低温焙烧的温度为400-500摄氏度，气氛为氮气或氩气。

[0016]具体的，所述步骤二中，所述梯度加热熔炼的下部温度为680-720摄氏度，上部温度低于下部温度100-200摄氏度;所述电磁搅拌的强度为使熔池表面产生轻微涡流;所述真空冷凝的真空度为-0.03 MPa至-0.08 MPa，冷凝温度为200-400摄氏度。

[0017]具体的，所述步骤四中，所述酸洗是使用浓度为百分之三至百分之十的盐酸或硫酸进行浸出;所述煅烧的温度为800-1000摄氏度。

[0018]具体的，所述步骤三中蒸发结晶产生的冷凝水全部回用于步骤三的水淬过程。

[0019]综上所述，本发明针对现有镁合金车间渣回收技术存在的回收率低、能耗高、污染重、资源浪费严重等技术瓶颈，提出了一种创新性的闭环清洁回收系统及方法。

[0020]例如，本发明摒弃了将镁渣视为单一金属回收原料或单纯废物的传统思路，而是将其视为一个包含金属、盐类和氧化物等多种有价组分的“人造矿藏”，致力于实现全组分的精准分离与高值化利用。

[0021]此外，本发明采用热机械活化预处理，即在惰性气氛下进行破碎研磨与低温焙烧，有效打破包裹体、分解不稳定化合物，为后续高效分离奠定基础，从源头提升回收率。

[0022]而且，本发明还将梯度加热、电磁搅拌与真空冷凝等技术集成于金属提取环节，分别针对液态镁的汇集上浮和气态镁的回收，实现了对金属形态的精准控制与近乎全回收。

[0023]由此，本发明构建了完整的副产物处理链条。水淬实现残渣稳定化;蒸发结晶将可溶盐转化为产品;浮选-酸洗-煅烧将主要废渣，如MgO等提纯为高附加值化工产品;废水实现内部循环。最终将环境负荷降至最低，并创造了显著的经济效益。

[0024]故而，本发明所产生的综合效益为：极高的金属回收率，即使回收率大于95%，远超现有技术的水平。显著的节能效果，得益于低温活化和系统能量优化。环境友好，全过程密闭可控，实现近零排放。通过产出高纯镁、工业盐和高纯氧化镁三种产品，使回收过程本身成为盈利环节。

[0025]所以，本发明不仅系统性地解决了镁合金渣回收领域的长期痛点，更通过技术集成与理念创新，为该领域的发展提供了一条全新的、可持续发展的路径，具备高度的产业应用价值和市场前景。

附图说明

[0026]图1为本发明一种镁合金车间渣提炼回收系统的工艺流程框图。

具体实施方式

[0027]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0028]具体的，如图1所示，本发明一种镁合金车间渣提炼回收系统，其包括依次连接的：

1.预处理与活化模块：用于对镁合金车间渣进行破碎、研磨和低温热处理。

[0029]密闭破碎研磨单元：在惰性气氛保护下，将块状镁渣破碎并研磨至预定粒度，例如100-200目。

[0030]可控低温焙烧炉：与所述密闭破碎研磨单元出料口连接，用于在惰性气氛下对研磨后的渣粉进行低温焙烧，焙烧的温度优选范围为400-500℃，以分解氮化镁、挥发部分氯化物并活化渣体。

[0031]2.金属镁高效提取模块：用于从活化后的渣粉中分离和回收金属镁。

[0032]熔析熔炼炉：与所述可控低温焙烧炉出料口连接，所述熔析熔炼炉设有梯度加热系统和电磁搅拌系统。梯度加热系统使炉内下部温度高于镁熔点，上部温度较低。电磁搅拌系统用于促进熔池内金属镁的聚合与上浮。

[0033]真空冷凝器：通过管道与所述熔析熔炼炉的顶部排气口相连，用于收集挥发的镁蒸气并冷凝成高纯镁结晶。

[0034]3.无害化与资源化模块：用于处理熔析熔炼后的残余物，回收盐类并净化水体。

[0035]水淬与过滤单元：与所述熔析熔炼炉的排渣口连接，用于对高温残渣进行水淬急冷和固液分离。

[0036]蒸发结晶器：与所述水淬与过滤单元的液体出口连接，用于对滤液进行蒸发浓缩，结晶出工业级混合盐。

[0037]4.氧化物提纯模块：用于对水淬后的固体渣进行提纯，生产高纯氧化镁。

[0038]浮选与酸洗单元：与所述水淬与过滤单元的固体出口连接，用于对固体渣进行浮选除杂和酸浸提纯，得到高纯度氢氧化镁或氧化镁浆体。

[0039]煅烧炉：与所述浮选与酸洗单元连接，用于将高纯度氢氧化镁煅烧成高纯氧化镁产品。

[0040]进一步地，所述系统还包括循环水系统，将所述蒸发结晶器产生的冷凝水回送至所述水淬与过滤单元，实现废水零排放。

[0041]更进一步地，本发明还揭示一种使用上述系统的镁合金渣回收方法，其包括以下步骤：

步骤一,预处理与活化：在惰性气氛保护下，将镁合金车间渣破碎、研磨至100-200目，随后在400-500℃的惰性气氛中进行低温焙烧，得到活化渣粉;

步骤二，金属镁提取：将步骤一所得活化渣粉送入熔析熔炼炉，在680-720℃下进行梯度加热熔炼，同时施加电磁搅拌，使金属镁熔融上浮、汇集后铸锭;将熔炼过程中产生的镁蒸气导入真空冷凝器，冷凝回收为高纯镁结晶;

步骤三，无害化与盐回收：将S2熔炼后的高温残渣排出并进行水淬急冷，随后对水淬浆料进行固液分离;将分离出的滤液进行蒸发结晶，得到工业级混合盐，蒸发冷凝水回用于水淬步骤;

步骤四，氧化物提纯：将S3中分离出的固体渣进行浮选和酸洗，去除杂质，得到高纯度氢氧化镁浆体;将氢氧化镁浆体脱水后，在800-1000℃下煅烧，得到高纯氧化镁产品。

[0042]与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

1.金属回收率明显提升：通过热机械活化预处理，打破了氧化物对金属镁的包裹，显著降低了后续熔炼难度和金属氧化损失;结合熔析、电磁搅拌、真空冷凝等的多重手段，实现了对固态和气态镁的近乎全回收，总回收率预计可提升至95%以上，显著优于现有技术水平。

[0043]2.能耗显著降低：低温活化焙烧，如温度范围为400-500℃，该低温活化焙烧步骤取代了传统回转窑的高温，如传统的回转窑处理通常需要在1100℃以上的高温下进行;由此，所需的能耗大幅下降;梯度加热和余热回收技术的应用，进一步提高了系统的能量利用效率。

[0044]3.环境友好，实现近零排放：全流程在密闭或惰性保护下进行，有效抑制了有害气体，如,HCl等的产生和粉尘逸散。通过水淬稳定化、废水循环和副产物资源化，将传统意义上的“危废”转化为有价值的产品，实现了清洁生产和闭环循环。

[0045]4.全组分资源化，经济效益显著：本发明不仅高效回收了金属镁，还将残余的盐类和氧化物分别转化为工业混合盐和高纯氧化镁产品，颠覆了传统技术“回收单一产品、产生大量废渣”的模式，将环保处理过程转变为具有高经济效益的资源再生过程。

[0046]5.自动化程度高：系统采用模块化设计，易于实现自动化控制，降低了人工操作强度和安全隐患。

[0047]进一步的，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的详细说明。

实施例1

[0048]处理1吨某型号AZ91镁合金车间渣，其大致成分为：Mg 40%， MgO 25%，， KCl/NaCl 10%， ， 其他5%。

[0049]1.预处理与活化：将渣料投入密闭破碎机中，在氩气保护下破碎至粒径小于2cm，然后，送入球磨机研磨至约150目。将研磨后的渣粉送入通有氮气的可控低温焙烧炉，在450℃下焙烧60分钟。此时，基本分解，部分低熔点氯化物挥发，渣体得到充分活化。

[0050]2.金属镁提取：将活化后的渣粉送入熔析熔炼炉。启动梯度加热系统，使炉底温度维持在700℃，炉中部温度650℃，炉顶温度500℃。同时，启动底部的电磁搅拌器，以温和的强度持续搅拌。熔炼持续2小时后，金属镁液汇集于炉体上部，通过虹吸方式放出并铸成镁锭，该步骤回收约380kg。熔炼过程中产生的镁蒸气被抽至真空冷凝器，其真空度控制为-0.05MPa，冷凝温度控制为300℃，冷凝得到高纯度镁结晶，此步骤回收约15kg。

[0051]3.无害化与盐回收：将熔析炉底部排出的高温残渣，约600kg，直接流入水淬槽中进行急冷。对水淬后的浆料进行压滤分离。滤液送入三效蒸发结晶器，最终结晶出约80kg的工业级混合盐，其主要成分为KCl, NaCl,，蒸发产生的冷凝水全部回用于水淬槽。

[0052]4.氧化物提纯：将压滤得到的固体渣，约520kg，干基，送入浮选机，加入抑制剂和捕收剂，去除石墨等杂质。浮选后的精矿用5%的稀盐酸在60℃下浸出30分钟，溶解残余的金属氧化物和碳酸盐。过滤后得到高纯度滤饼。将滤饼在900℃下煅烧2小时，得到约300kg的高纯氧化镁，其纯度≥98%，可用于耐火材料或电工级原料。

[0053]经核算，本实施例金属镁总回收率达到(380+15)/400 = 98.75%，并额外获得了混合盐和高纯氧化镁产品，实现了废渣的全组分资源化，整个过程无废水外排，废气经简单碱洗后即可达标排放。

[0054]综上所述，本发明一种镁合金车间渣提炼回收系统及方法，所述系统包括依次连接的预处理与活化模块、金属镁高效提取模块、无害化与资源化模块和氧化物提纯模块;所述方法包括：在惰性气氛下对镁渣进行破碎、研磨和低温焙烧活化;将活化渣粉进行梯度加热熔炼并施加电磁搅拌，分离回收液态镁，同时通过真空冷凝回收气态镁;对熔炼残渣进行水淬、固液分离及蒸发结晶回收盐类，冷凝水回用;对固体渣进行浮选、酸洗和煅烧，生产高纯氧化镁。本发明通过多模块协同，实现了金属镁的高回收率、能耗的显著降低以及废渣的全组分资源化，最终形成了一条高效、清洁、高值的镁合金渣回收新途径。

[0055]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0056]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

说明书附图(1)