轻金属冶金学之镁冶金

1、School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University轻金属冶金轻金属冶金学学镁冶金部分镁冶金部分主讲人：主讲人：周向阳周向阳 教授，博士生导师教授，博士生导师PhoneO);E-mail:School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University 炼镁方法发展史炼镁方法发展史 热还原法炼镁热还原法炼镁 电解法炼镁简介电解法炼镁简介School of Metallurgical Scie

2、nce and Engineering, Central South University 炼镁方法发展史炼镁方法发展史School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University第一阶段的炼镁方法第一阶段的炼镁方法化学法化学法 1808年年，英国科学家，英国科学家H.戴维从氯化镁中分离出了金属镁；戴维从氯化镁中分离出了金属镁；1929年法国科学家年法国科学家A,布西用布西用钾、钠蒸气还原熔融氯化镁钾、钠蒸气还原熔融氯化镁得到了金属镁；到了得到了金属镁；到了19世纪世纪60年代，英国和美国才开始年代，英国和美

3、国才开始用化学法得到了多一点镁，此阶段经历了用化学法得到了多一点镁，此阶段经历了78年（年（1808-1886），但没形成工业生产规模。），但没形成工业生产规模。1) 炼镁的几个阶段简介炼镁的几个阶段简介 化学法化学法熔盐电解法为熔盐电解法为第二阶段的炼镁方法。第二阶段的炼镁方法。 1830年英国科学家年英国科学家M.法拉第首先用熔盐氯化法制得了纯法拉第首先用熔盐氯化法制得了纯镁；镁；1852年年P.本生在实验室范围内对此法进行了详细的研本生在实验室范围内对此法进行了详细的研究；到究；到1886年在德国开始了镁德工业生产；年在德国开始了镁德工业生产；1909年开始，年开始，电解氯化镁成为了工业

4、生产镁的第一大方法电解氯化镁成为了工业生产镁的第一大方法。 熔盐电解法熔盐电解法School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University热还原法为热还原法为第三阶段第三阶段 氧化镁真空热还原法炼镁的研究是氧化镁真空热还原法炼镁的研究是1913年开始的，在年开始的，在1913-1941年间，科学家们年间，科学家们依次研究了硅作还原剂、铝硅合金作还原依次研究了硅作还原剂、铝硅合金作还原剂来还原氧化镁，一直到剂来还原氧化镁，一直到1941年，加拿大年，加拿大皮江皮江博士在渥太华建立了一个以博士在渥太华建立了一个

5、以硅铁为还硅铁为还原剂还原煅烧白云石炼镁原剂还原煅烧白云石炼镁的实验工厂并获的实验工厂并获得成功，并于得成功，并于1942年加拿大政府在哈雷白年加拿大政府在哈雷白云石矿建成了一个年产云石矿建成了一个年产5000t金属镁的硅金属镁的硅热法炼镁厂后，皮江法炼镁正式成为了工热法炼镁厂后，皮江法炼镁正式成为了工业炼镁的第二大方法。业炼镁的第二大方法。现行的主要两大炼镁工艺：热法与熔盐电解法现行的主要两大炼镁工艺：热法与熔盐电解法 热还原法热还原法皮江博士皮江博士1) 几个阶段的简介几个阶段的简介School of Metallurgical Science and Engineering, Centr

6、al South University 热还原法炼镁简介热还原法炼镁简介School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University 热法热法炼镁是利用某种还原剂，包括硅、硅炼镁是利用某种还原剂，包括硅、硅-铁、铝、铁、铝、铝铝-硅、铝硅、铝-硅硅-铁、钙、硅铁、钙、硅-钙等，从含镁化合物中还原钙等，从含镁化合物中还原提取金属的一种工艺。提取金属的一种工艺。 其其特点是特点是： 可可直接采用天然矿物原料直接采用天然矿物原料，如白云石、菱镁矿、，如白云石、菱镁矿、蛇纹石等蛇纹石等； 加热加热时不一定用电时不一定

7、用电，热源可由煤、煤气、天然气、，热源可由煤、煤气、天然气、石油、液化气、重油等提供石油、液化气、重油等提供； 工艺工艺过程简单过程简单；基建；基建投资少投资少；建厂快建厂快；还原；还原残渣残渣可作水泥原料、肥料或铸型硬化剂；间接加热的横罐可作水泥原料、肥料或铸型硬化剂；间接加热的横罐真空还原炉所得镁纯度高等真空还原炉所得镁纯度高等。 缺点缺点是：设备产能低；机械化程度差；半连续法所是：设备产能低；机械化程度差；半连续法所得镁含硅量高；目前所用还原剂较贵。得镁含硅量高；目前所用还原剂较贵。 1) 热还原法概念热还原法概念School of Metallurgical Science and E

8、ngineering, Central South University外热法：皮江法外热法：皮江法 ；外热法：外热法：Magntherm法和法和Bolzano法法 与外热法（皮江法与外热法（皮江法 ）相比，内热法具有如下优点：）相比，内热法具有如下优点： 有较高的热效率，因而吨镁的能耗低有较高的热效率，因而吨镁的能耗低 ； 反应温度高，因而对物料活性的要求低反应温度高，因而对物料活性的要求低,镁的还原效率和还镁的还原效率和还原剂利用率较高原剂利用率较高,生产稳定生产稳定,反应速度快。反应速度快。 反应炉容积大反应炉容积大,生产率高生产率高,单炉产量大。单炉产量大。 反应炉体寿命很长，反应炉体

9、几乎不消耗反应炉体寿命很长，反应炉体几乎不消耗,因此大大降低了因此大大降低了炉体的成本费用。炉体的成本费用。当然，内热法也存在这产品的纯度低于皮江法的缺陷。当然，内热法也存在这产品的纯度低于皮江法的缺陷。 1) 加热方式分类加热方式分类School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University外外热热法法炼炼镁镁工工艺艺流流程程 外热发炼镁的典型工艺流程外热发炼镁的典型工艺流程School of Metallurgical Science and Engineering, Central South Uni

10、versity外外热热法法炼炼镁镁工工艺艺流流程程School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University金属热还原法金属热还原法 mMgO+nMe=mMg+MenOm炭热还原法炭热还原法 MgO+C=Mg+CO ；炭化物热还原法炭化物热还原法 MgO+CaC2=Mg+CaO+2C 金属热还原法是指用硅、硅金属热还原法是指用硅、硅-铁、铝、铝铁、铝、铝-硅硅-铁、钙、硅铁、钙、硅-钙等作钙等作为还原剂为还原剂 。 炭热还原法是指用木炭、煤、焦碳、石墨粉等炭质材料作为还炭热还原法是指用木炭、煤、焦碳、石墨粉

11、等炭质材料作为还原剂原剂 。 炭化物热还原法指的是用炭化钙（炭化物热还原法指的是用炭化钙（CaC2）之类的炭化物作为还之类的炭化物作为还原剂原剂 。 2) 按还原剂种类分类按还原剂种类分类 按加热方式分类按加热方式分类School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University 典型工艺流程典型工艺流程School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University 电解法炼镁简介电解法炼镁简介School of Metallu

12、rgical Science and Engineering, Central South University生产实践中的电解法炼镁采用生产实践中的电解法炼镁采用氯化物熔盐氯化物熔盐体系体系；得到的产品是得到的产品是金属镁金属镁与与氯气氯气。现行电解制镁工艺主要包括了现行电解制镁工艺主要包括了氯化镁电解氯化镁电解原料的制备及氯化镁的电解原料的制备及氯化镁的电解两大过程。两大过程。0) 概述概述按装入镁电解槽中氯化镁原料种按装入镁电解槽中氯化镁原料种类的不同，电解法炼镁工艺可分为类的不同，电解法炼镁工艺可分为氯化镁工艺流程氯化镁工艺流程、光卤石工艺流程光卤石工艺流程及及联合工艺流程联合工艺流程

13、三大类。三大类。 School of Metallurgical Science and Engineering, Central South UniversityDOW化学公司海水炼镁工艺流程化学公司海水炼镁工艺流程 1) 几个典型电解炼镁流程几个典型电解炼镁流程School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University挪威海水挪威海水-白云石炼镁工艺流程白云石炼镁工艺流程 School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University美国铅公司盐湖水炼镁的工艺流程美国铅公司盐湖水炼镁的工艺流程 School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University前苏联光卤石前苏联光卤石- -镁钛联合工艺流程镁钛联合工艺流程 School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University中国菱镁矿炼镁的工