鎂課堂:(十一)皮江外熱煉鎂法是主流
2015年02月12日 10:53 11701次瀏覽 來源: 中國有色網 分類: 鎂應用 作者: 王祝堂
熱還原法煉鎂就是使氧化鎂與還原劑在熱條件下發(fā)生反應提取鎂的過程:
MgO+X=Mg+XO
根據還原劑的不同,熱還原法可分為硅熱法、碳熱法等等。直到目前,只有前者在工業(yè)上獲得了廣泛的應用。按所用裝備及能源條件差別,硅熱法又有三種不同的工藝:皮江(Pidgeon)外熱法;波爾扎諾(Bolzano)法,采用電內加熱;馬內塞姆(Magnethem)熔渣導電半連續(xù)硅熱法,簡稱馬內塞姆法。硅熱法又有內熱法與外熱法之分。中國采用的全是外熱皮江工藝,這是當今世界提鎂工藝的主流,2013年全世界生產的原鎂有85%是用此法提煉的,巴西是當今世界唯一采用電內熱法生產原鎂的國家。
基本原理與工藝
皮江法是1941年加拿大教授L.M.皮江發(fā)明的一種硅熱還原煉鎂工藝,其還原反應為:
2(CaO·MgO)(固)+Si(Fe)(固)=2Mg(固)+2CaO·SiO2固)+Fe(Si)固)
此法首先于1941年在加拿大哈雷鎂廠(現名蒂明科公司,Timminco)獲得應用,其工藝是:首先將煅燒白云石(20~30mm)、粒度小于5mm的硅鐵粉、粒度小于0.074mm的螢石粉按一定比例裝入混磨機,制成球團后裝入還原罐。還原罐以單層或雙層水平排列于還原爐內,罐外加熱,罐內抽真空,以氣體燃料,使還原爐內溫度達到1200℃,進行氧化鎂還原反應,生成氣態(tài)鎂,進入外部冷凝系統(tǒng),變成鎂晶體即為粗鎂,精煉后成為鎂錠--商品鎂。
還原爐內可裝20~40只罐,雖然現在的還原時間可短至8h,但仍須進行頻繁的出渣操作,工作環(huán)境較差,不易實現機械化與自動化,但對能源要求寬松,可以使用多種氣體燃料如天然氣、焦爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、半焦氣,當然也可以使用電、煤、重油等。
主要裝備簡說
在皮江法工藝中,首先是煅燒白云石,煅燒的白云石可簡稱煅白,煅白品質不但對鎂的產出率有影響,而且對粗鎂的品質有影響,而煅白品質主要決定于煅燒設備。中國目前用的有回轉窯和豎窯,回轉窯生產能力大、機械化自動化程度高、維護操作簡便,煅白合格率可達100%、活度可達30%以上,灼減小于0.5%,品質穩(wěn)定,不過基建投資比豎窯的大,操作與維護技術也有更高的要求。
硅鐵與天然螢石用顎式破碎機粉碎,硅鐵粒度應小于25mm,螢石粉粒度小于0.074mm。
硅鐵或爐料細磨通常用Φ1.2m×4.5m或Φ1.5m×3.6m的球磨機。
在工業(yè)生產中爐料的制團多采用對輥立式壓球機。還原罐在高溫(1200~1250℃)、高真空(1~5N/m2)條件下工作,因此是用ZG35Cr24Ni7SiNi、HK-40(25Cr·20Ni)、Hi(28Cr·15-16Ni)等鋼制造的,因為它們在1250℃有高的抗氧化性、抗腐蝕性、有相當高的高溫強度與綜合力學性能、穩(wěn)定的組織特性、良好的可焊性和加工成形性。
還原爐為矩形,用耐火材料砌筑,還原罐橫向平放于爐內托罐磚上,還原爐可分為單側單排、雙排及雙側雙排、單排等結構形式。以煤氣為燃料的還原爐多為單側雙排罐,還原罐一般為Φ370mm或Φ339mm,每臺還原爐可裝19.20、27、30、35、42、54、61或63只罐,燃氣爐的優(yōu)點:爐溫易調,升溫快,溫差小,還原周期8~10h(Φ339mm罐),Φ370mm罐的為9~12h。
應精心選擇抽真空系統(tǒng),確保罐內真空度達到1~5N/m2,早期都采用機械真空泵機組,現在除個別企業(yè)仍使用外,其他鎂廠都已改用現代化的高效蒸汽噴射泵系統(tǒng),這種泵主軸采用5~6級泵,預抽采用4~5級蒸汽噴射泵。這種真空系統(tǒng)不但有利于提高還原周期內的真空度,縮短還原周期,而且可以提高設備利用率與鎂產出率。中國多家鎂企業(yè)采用2SK-6型水環(huán)泵作為預抽泵,除有能耗低與噪聲小等優(yōu)點外,還能在抽出一般性氣體的同時抽出罐內的粉塵和水氣。
提煉的粗鎂總會有一些雜質的含量超出標準規(guī)定值,為了把它們的含量降到標準允許最大值以下,必須進行精煉。精煉在電加熱的電阻爐中進行,它由爐殼、爐膛與坩堝組成。
精煉后的鎂熔體由連鑄機鑄成錠塊,連鑄機有傾斜式的與水平式的,模數60~136個。
責任編輯:淮金
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