硅热法炼镁工艺

硅热法又称皮江法,是以白云石为原料、硅(铁)为还原剂、萤石为矿化剂,将煅烧后的白云石粉碎至200目左右,制成球团,装入还原罐,在1200℃左右的高温和小于13.3Pa的真空下热还原制得结晶镁,经精炼后再铸成镁锭。

硅热法炼镁工艺主要可分为煅烧、制球、还原和精炼四个环节,镁蒸气经冷凝器冷凝为结晶粗镁,再经熔化、精炼、铸锭、表面处理后产出金属镁锭,下面将对各个环节进行描述。煅烧工艺

煅烧是皮江法炼镁的重要工序,煅烧后所获得的产品称为煅白,段白品质的好坏,将对还原过程的产量和品质有重大影响。衡量白云石煅烧品质主要有两个指标:煅烧后的水化活性和灼减。煅白与水的亲和力越大,活性度越高,一般情况下要求煅白活性度达到30%以上;煅后灼减反映了白云石分解过程中CO2和水分的排除程度,一般要求煅后灼减小于0.5,灼减过高将对结晶镁的品质和状态有很大影响。另外,还要求白云石要有一定的热强度,在煅烧时不能崩裂甚至产生过多的粉料。影响煅白品质的主要因素是煅烧温度和时间。不同地区白云石的煅烧条件需通过实验来确定,不能一概而论。煅烧白云石的设备主要有回转窑、竖窑、隧道窑等。一些大型企业因回转窑产量大,生产稳定,机械化程度高,煅白品质好而多采用回转窑来煅烧白云石。制球工艺

硅热法炼镁的反应属于固相反应,从化学反应的角度要求炉料有较细的粒度及较大的比表面积,这样有利于加快还原反应的速度和提高物料的利用率。但是,炉料太细、压形时压缩比小,又难于成形,故炉料的细度必须控制在一定的范围之内。硅热法炼镁的炉料是用煅白、硅铁、萤石三种原料组成的,细磨的工艺为:一种是将三种原料分别磨粉再进行混合;另一种是将硅铁先碎至3~5mm,萤石为粉状料(200目以上),煅白为15~35mm(或将大块煅白碎至35mm左右),三种原料按配料比配好后,同时进入球磨机进行混合磨。炉料在球磨机中细磨后,其粒度应全部100目以上。细磨后的炉料再进行压形。炉料压形后的团块应具有一定的形状,合理外形的球团能提高还原罐的装料量。更重要的是球团应有较大的强度,即没有棱角(即边角)、不易碰碎。合理的外形、压形时压力适当,从而成形率高、有利于脱膜,同时还使球团装在还原罐内有一定的空隙度,有利于镁蒸气从球团内部和表面向外扩散,对还原反应有利。制球设备一般为对辊压球机,其压力在150~200MPa为宜。此时,球团密度可达2g/cm3左右,此时还原效率和硅利用率都较高。实际生产中,主要是控制球团的成球率,尽量减少粉料入还原炉。一般成球率可达85%以上。另外,球团的外形以桃核状为最佳,成球率和填充率都较高。还原工艺

煅烧后的白云石经研磨与硅(铁)粉(含硅量75%)和萤石粉(CaF295%)混合压制成球团后,送入耐热钢还原罐内,在1140~1210℃的温度及1.33~133Pa的真空条件下进行还原,炉料在真空条件下还原后,根据所获得结晶镁计算还原效率,即镁的产出率和硅的利用率。

球团在还原过程中,以下因素对镁的还原效率和硅的利用率有较大的影响:a)还原温度;b)还原时间;c)球团的压形压力;d)配硅比;e)矿化剂萤石;f)炉料中杂质。还原炉及还原罐是皮江法炼镁的核心设备,它必须保证还原工艺条件(1200℃、绝对压力小于13.3Pa)要求。精炼工艺

结晶镁中的非金属杂质(氧化物等)和金属杂质(Mn,Zn,Al,Si)对镁的力学性能影响很大,使镁变脆,极限扩张强度变小,致使镁不适于压力加工。金属杂质Fe、Cu、Ni使镁的耐腐蚀性变坏。因此要尽量减少和除去这些杂质,以获得高品质的金属镁。另外,结晶镁的形状也不便于储存和运输,必须经精炼铸锭后,才能作为商品。镁锭可用升华精炼法、电解精炼法、区域精炼法等制得纯度高的镁,以供特殊用途。

精炼的工艺过程为:首先把粗镁放入精炼坩埚中熔化成镁液,然后加入溶剂,搅拌使溶剂和镁液充分接触。精炼后静置,使金属杂质、非金属杂质和残留溶剂沉入坩埚底部,最后浇铸成镁锭或其它产品。

自皮江先生成功地将外加热硅热还原炼镁工艺实现产业化以来,硅热法炼镁工艺经历了起伏式的发展历程。最初是作为制备军工原料的技术,在?a href='http://www.anystandards.com/special/pump.html' target='_blank'>泵来舐健⑴分蕖⑷毡镜鹊厍?杆俜⒄埂６?浇崾??皮江法高能耗、高污染、高劳动强度的缺点逐渐显现出来。随着大型电解炼镁企业的出现,皮江法逐渐衰落。直到20世纪80年代末期,皮江法在中国大陆得到了蓬勃发展,以连续40%的年平均增长速度,使中国成为世界生产金属镁的第一大国。2004年全球原镁产量为64.4万吨,而中国原镁产量为45.0万吨,占了全球产量的69.88%,而中国镁产量的98%是用皮江法所生产。