金属镁生产工艺概述.doc

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2CO2然后经研磨与硅铁粉（w(Si)75）和萤石粉（w(CaF)95%）混合制球（制球压力为9.829.4MPa），送入耐热钢还原罐内，在l190l210及1.3310Pa真空条件下，还原成粗镁，反应过程是：CaO 2MgO Si=2Mg 2CaO SiO2然后经过熔剂精炼、铸锭、表面处理，产出金属镁锭。其工艺流程如图1所示。白云石煅烧煅白硅铁粉碎配料萤石粉研磨制球还原粗镁还原渣精炼镁渣铸锭镁锭至此，金属镁的制备方法可分为两大类：电解法和热还原法。2.1电解法电解法的原理是在熔融状态下电解无水氯化按照采用原料及处理原/doc/a798faeb4afe04a1b071dede.html镁，使之生成金属镁和氯气。料方法的不同，具体分为：道乌法（DowProcess）、氧化镁氯化法（IGFarbenindustrieProcess）、诺斯克法（NorskHydroProcess）和光卤石法（Russian9。Process）等尽管电解法在工艺先进，能耗较低等方面存在优点，但其生产过程中仍存在许多不容忽视的缺点，诸如：无水氯化镁的制备工艺较难控制；水氯镁石脱水由于需要较高温度和酸性气氛，使得能耗大，设备严重腐蚀；生产过程排放的废水、废气和废渣污染环境，处理费用大等。加之我国的国情特点，因而电解法炼镁工艺在我国较少采用。2.2热还原法热还原法即硅热法炼镁工艺，其原理为：硅（一般为w(FeSi)75的合金）在高温（11001250）和真空（13.3133.3Pa）条件下，还原白云石中的氧化镁为金属镁，其化学反应可表示为：2（MgOCaO） Si=2Mg 2CaOSiO2传统的硅热还原法，按照所用设备装置的不同巴尔札诺法分为四种：皮江法（PidgeonProcess）、（BalzanoProcess）、玛格尼法（MagnethermProcess）6和MTMP法。图1皮江法工艺流程图皮江法生产方式是间歇式的，每个生产周期大可分为三个步骤：一是预热期，装料后，预约为10h，热炉料，排除炉料中的二氧化碳与水分；二是低真空加热期，盖上蒸馏罐的盖子，在低真空条件下加热；三是高真空加热期，罐内真空度保持13.3133.3Pa，时间保持9h左右。温度达1200左右，在外部水箱冷却的作用下，钢套的温度达250左右，使得镁蒸气冷凝在钢套上。最终，切断真空将盖子打开，取出冷凝有金属镁的钢套。蒸馏后的废物6；10-11。为二钙硅酸盐渣和铁由于白云石资源分布广泛，储量丰富，而皮江法炼镁可以直接采用其作原料；并利用天/doc/a798faeb4afe04a1b071dede.html然气、煤气、重油和交流电等作热源；工艺流程简单，建厂投资少，生产规模灵活；反应炉体小，建造容易，技术难度小；成品镁的纯度高。这些特点恰恰符合我国的实际国情，因此，皮江法在我国得到了广泛的发展和应用。到目前为止，皮江法仍是我国生产金属镁的主要皮江法的工艺流程和设备简单，建厂投资少，生产规模灵活；成品镁的纯度高；其炉体小，建造容易，技术难度小；可直接利用资源丰富的白云石作为炼镁原料。皮江法的主要缺点在于热利用率低、还原罐寿命短，还原炉所占的成本比例较大，生产过程不连续，生产环境较差，环境污染严重等。2011年第3期孙晓思：属镁生产工艺概述34金属镁生产的发展方向的一种新型加热方式，它与传统的加热方式不同（如图2）。传统加热是依靠发热体将热能通过对流、传导或辐射等基本传热方式传递给被加热物体，从而使物体达到某一温度值，热量从外向内传递，加热时间长，物料很难达到细晶状态。而微波烧结则是利用微波自身具有的特殊波段与物料的基本细微结构耦合导致物料介质损耗而产生热量，发热体为物料本身，热能由内向外传播，由于微波以光速（约3108m/s）传播，使得物料在极短时间内迅速升15。温，从而达到整体加热至烧结温度的理想效果4.1传统加热方法炼镁的缺陷皮江法炼镁工艺分为四个工序：煅烧、制球、还原、精练。煅烧和制球为还原工序提炼出粗镁作准备。影响还原反应的主要因素有煅白活性、炉料配比度、炉料粉碎度、制球后球团密度、还原剂种类、还原还原炉真空度等。这些因素不仅影响还温度和时间、原过程的反应速度，而且关系到结晶镁的质量，因此必须严格控制。只有了解影响还原反应的因素，严格控制并熟练掌握工艺技术条件，才能合理进行设计并有效指导生产，减少成本，进而达到优化金属镁产业的目的。在影响皮江法炼镁的诸多因素中，真空还原是个极其重要的过程，对于整个金属镁生产工艺起着至关重要的作用。目前，我国多数镁厂在还原工序中主要存在如下问题12：热利用率极低，只有8%左右；还原周/doc/a798faeb4afe04a1b071dede.html期长，一般为12h；还原罐寿命短，约在35个月左右，一般生产吨镁要消耗0.88个还原罐，占成本的15%25%。通常采取的解决办法主要是：改进炉型及还原罐结构；采用新型保温材料，提高物料内部介质的综合导热系数；改变升华和结晶路径；阻断热短路等。然而，这些方法都始终避免不了还原过程中因外部加热带来的巨大热损失，进而造成能源大量浪费，环境严重污染，改进效果始终不是十分理想。4.2微波加热还原炼镁的优势微波（microwave，简称MW）是一种电磁波，其波长在0.1100cm之间。把频率在0.3300GHz，微波能作为一种能量加以利用，通过在物料内部的能量耗散达到选择性加热物料的目的。与传统加热方式相比，微波加热具有热效率高、加热均匀、清洁无污染、启动和停止加热迅速便于控制以及甚至可以改善材料性能等显著优点。微波加热由于在提高生产效率和改善生产条件等方面的明显优势，因而在电子、食品加工、化工、医药、环境保护和家庭生活等领域被广泛应用。作为一种发展迅猛的新型绿色冶金方法，微波加热在磨矿、预处理、干燥、焙烧、预还原、金属提取以及烟尘等废料的处理和利用等领域也受到了普遍认可，一些研究成果正逐步转入实用阶段。以上种种迹象都表明了微波加热在化学冶1314金中的巨大应用潜力。加热线卷加热元件21激光传统加热方式中心热点微波22微波加热方式图2传统加热方式与微波加热方式原理对比示意图由于微波具有选择性加热的特点，加之白云石相关介电参数表明，白云石吸收微波的效率并不高，不适于在微波中烧结，但如果把煅烧后的白云石煅白粉与硅铁还原剂混合球团置于微波加热炉中，由于硅铁具有较好的微波吸收性能，可以在微波的作用下迅速升温，从而带动整个球团的升温速率，达到减少物料的升温时间，提高金属镁还原反应速率，缩短还原周期，提高生产效率的目的。相关理论实验结果将在不久以后的研究中加以详述证明。同时微波加热属于“体加热”方式/doc/a798faeb4afe04a1b071dede.html，不存在“冷中心”或“夹生”现象，避免了传统加热方式造成的温度梯度过大、受热不均等弊端。另外，当今一些观点认为，微波16-17除了热效应外，还存在着非热效应。该理论认为物料在微波磁场的作用下，除了将磁能转化为自身的热能外，其本身的内部分子结构也会发生相应变微波烧结是利用微波加热原理对物料进行烧结4E-mail:山西冶金第34卷化，从而促进化学反应的进行，此理论尚在提出阶段，还需进一步实验证实。总之，利用微波加热还原金属镁，具有升温快、周期短、受热均匀、温度易控、清洁无污染等优点，但为了满足还原炼镁工艺过程中所需的真空及收集镁蒸气要求，应用于镁生产产业的微波加热系统还有待进一步理论实验研究，然而，微波加热还原炼镁的优势不容置疑，符合当今社会节能减排的总体发展方向，必将为未来镁生产工业的长远发展开辟出一条崭新道路。5结语考虑到目前一种逐渐被认可的绿色能源微波，设想是否可以利用微波烧结取代传统的加热方式使球团在还原阶段升温，设想一旦实现，将大大改善传统炼镁过程中的能耗问题，并且符合当今社会节能减排的环保发展要求。但是应用于微波烧结的材料自身必须满足一定的吸波条件，至于炼镁采用的球团（白云石煅白 硅铁 萤石粉）是否满足微波烧结的要求，还有待进一步理论实验验证。参考文献1张洵.镁合金产业的现状与发展J.世界有色金属,2002（9）：10.2于旭光,邱竹贤.镁工业生产及应用的现状和展望J.材料与（3）：191-192.冶金学报,20033柯淑琴.我国镁工业的回顾与展望J.轻金属，1996（1）：39.4钟皓，刘培英，周铁涛.镁及镁合金在航空航天中的应用及前景J.航空工程与维修，2002（4）：41-42.5刘闯，江丽炜.镁合金在汽车上的应用现状和前/doc/a798faeb4afe04a1b071dede.html景分析J.黑龙江科技信息，2007（3）：2.6韩继龙，孙庆国.金属镁生产工艺进展J.盐湖研究，2008（12）：59-61.7李德臣.制镁还原罐的研制J.铸造技术，2002（3）：124.8李德臣.对制镁还原罐的再认识和生产展望J.铸造设备研2002（8）：51.究，9曹大力，邱竹贤，徐长伟，吴玉春，杨宇宏.金属镁制备中存在的问题及对策J.矿业工程，2006（6）：53.10李大庆，黄宪章.硅热法炼镁原理及工艺研究J.化学世界，1997（7）：374.11冷举顺，李相增.皮江法炼镁技术发展现状J.轻金属，1995（11）：35.12刘金平，杨雪春，谢水生，李华清，徐河.皮江法炼镁技术的缺陷及改进途径J.冶金能源，2005（9）：23.13S.A.施尤伊.微波在矿业中的应用J.矿业工程,2003（6）：15-17.14郑大中，郑若峰，刘红英.微波辐射在提取铀金及环境保护中的应用J.湿法冶金，2002（2）：63-64.15张兆镗，钟若青，编译.微波加热技术基础M.北京：电子工业出版社，1988：18-22.16BoseAK.HighlyAcceleratedReactionsinaMicrowaveOvenJ.SynthesisofHeterocycle,1991.30（2）：741-749.17BednarzS.BogdalD.TheComparativeStudyoftheKineticsofKnocvenagelCondensationunderMicrowaveandConventionalG/doc/a798faeb4afe04a1b071dede.html.TheFifthInternationalElectronicConferenceonConditionsSyntheticOrganicChemistry(ECSOC-5）.Switzerland，2001：267-268.（编辑：胡玉香）Ge