硅熱法提煉金屬鎂（鍛白）工藝
一、鎂的性質(zhì)及用途
1、性質(zhì)：
□□鎂的化學(xué)活性高，在自然界以化合物形式存在于白云石、菱鎂石、橄檻石、蛇紋石、地下鹵水、鹽湖和海水中。鎂是銀白色金屬，純鎂具有密度小、膨脹系數(shù)較大、彈性模量較低的特性。
鎂的密度：1.738g/cm3 鎂的熔點(diǎn)：922～924K
鎂的沸點(diǎn)：1380K 鎂的開(kāi)始再結(jié)晶溫度：423K
鎂在固態(tài)下的收縮率：2％
2、用途：
1）、生產(chǎn)難熔金屬的還原劑：
□□鎂既可作生產(chǎn)稀有金屬Ti、Zr、Hf等的不原劑，也可作為生產(chǎn)鈹、硼的還原劑。
2）、鋁合金的添加元素：
□□鋁合金中加入金屬鎂，使合金更輕，強(qiáng)度更大，抗腐蝕能力更好。作為鋁合金中的主要合金元素，是鎂的一大用途。
3）、球墨鑄鐵的球化劑：
□□鎂在球墨鑄鐵中起著 球化作用，使鑄件強(qiáng)度、延展性更高。鎂在球墨鑄鐵中的應(yīng)用在逐年增大。
4）、鋼鐵脫硫的脫硫劑：
□□整個(gè)北美、歐洲鋼鐵生產(chǎn)中用鎂作為鋼鐵脫硫劑。我國(guó)用鎂作為鋼鐵脫硫劑的用量也在不斷增長(zhǎng)，市場(chǎng)前景廣闊。用鎂粉作為鋼鐵脫硫劑不僅工藝簡(jiǎn)單，且由于鎂對(duì)硫具有大的親和力這種獨(dú)特性質(zhì)，使鋼鐵市場(chǎng)在較低的成本下達(dá)到高產(chǎn)量、高質(zhì)量，并能生產(chǎn)出如HSLA級(jí)低硫鋼，這種優(yōu)質(zhì)鋼可用于汽車、設(shè)備及結(jié)構(gòu)體中。用鎂脫硫不僅改善了鋼的可鑄性、延展性、焊接性和沖擊韌性，而且降低了結(jié)構(gòu)件的重量，進(jìn)一步增加了鎂在鋼鐵工業(yè)中的需求量。
5）、高儲(chǔ)能材料：
□□鎂在常壓下，大約523K和H2作用生成MgH2，在低壓或稍高溫度下又能釋放出氫，鎂具有儲(chǔ)氫的作用。MgH2較一般金屬氫化物儲(chǔ)能高，所以鎂可以作為高儲(chǔ)能材料。
6）、煙火：
□□鎂在早期用來(lái)制造煙火，含鋁量超過(guò)30％的鎂鋁合金粉末燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生耀眼的白光，該白光比自然光更適合于攝影，從而被作攝影閃光燈。鎂粉不廣泛用于焰火、禮花、軍用信號(hào)彈、照明彈、燃燒彈等方面。
7）、生產(chǎn)鎂合金：
□□鎂合金以其密度低，比強(qiáng)度高，降噪減振好，電磁屏蔽性好，易于回收等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代交通工具、航空航天和電子通訊等領(lǐng)域的*材料，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”，同時(shí)也成為僅次于鋼鐵、鋁合金的第三大金屬結(jié)構(gòu)材料。因此，鎂的*大應(yīng)用領(lǐng)域是生產(chǎn)不同牌號(hào)的鎂合金。
二、鎂的冶煉方法
□□根據(jù)鎂礦資源和種類不同，鎂的生產(chǎn)方法分為兩大類，熱還原法和氯化熔鹽電解法。熱還原法有硅熱法、炭熱法和碳化物熱還原法，后兩種在工業(yè)上較少采用。
硅熱法（現(xiàn)只介紹硅熱法）：
□□硅熱還原法煉鎂是利用硅鐵作還原劑，將鎂從其化合物中還原出來(lái)而制得金屬鎂的一種生產(chǎn)方法。硅熱法又分為外熱法和內(nèi)熱法，采用硅鐵還原氧化鎂生產(chǎn)金屬鎂的工藝有Pidgeon（硅熱法）工藝和Magnethern工藝。Pidgeon工藝屬于外熱法；Magnethern工藝屬于內(nèi)熱法，根據(jù)生產(chǎn)的連續(xù)性又分為間歇式和半連續(xù)式。
□□硅熱法是我國(guó)目前主要應(yīng)用的方法。該工藝將煅燒后的白云石和硅鐵按一定配比磨成細(xì)粉，壓成團(tuán)塊，裝在耐熱合金罐內(nèi)，在一定溫度和壓力條件下還原得到鎂蒸氣，冷凝結(jié)晶成固態(tài)粗鎂，精煉后得到純鎂。
□□硅熱法的特點(diǎn)是投資少，建設(shè)周期短，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，單位投資成本低，生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生有害氣體，副產(chǎn)品的爐渣可用作生產(chǎn)肥料或水泥的原料。
白云石的化學(xué)組成應(yīng)在如下范圍內(nèi)才能符合硅熱法煉鎂的要求：
名稱 含量（％） 名稱 含量（％）
MgO 19％～21％ CaO 30％～33％
SiO2 ＜0.5％ Fe2O3 ＜0.5％
Al2O3 ＜0.3％ Mn ＜0.005％
Na2O＋K2O ＜0.01％ Zn ＜0.001％
燒損率 46.5％～47.5％ 灼減量 ＜0.5％
水化活性度 ＞35％
三、煅燒白云石的產(chǎn)物
□□煅燒白云石的產(chǎn)物通常叫煅白。合格的煅白呈白色，表面有微粉，其斷面疏松多孔，質(zhì)量為白云石的一半，硬度較小，不能重拍。過(guò)燒煅白表面呈微黃色，有裂紋；生燒的煅白，其質(zhì)量相當(dāng)于白云石，色澤基本上是白云石的本色。
□□煅白中的主要成分是CaO、MgO以分子結(jié)構(gòu)（MgO•CaO）存在，其灼減量小，水化活性度高.
□□如果煅白吸收空氣中的Co2和H2O。煅白吸收少量水分后，立即干固，表面生成一層硬殼，即Ca(OH)2或Mg(OH)2。影響下道工序生產(chǎn)。
□□因此、出窯的煅白應(yīng)在較短時(shí)間內(nèi)送入密封的煅白料倉(cāng)中，且貯存時(shí)間般不超過(guò)12小時(shí)。窯內(nèi)排出的煅白，如貯存方法合理或貯存時(shí)間太長(zhǎng)均會(huì)變質(zhì)。
煅白化學(xué)成分一覽表
組成 MgO CaO K2O Na2O 灼減度
含量(％) 38～44 56～62 ≤0.05 ≤0.05 ≤0.5
煅白質(zhì)量等級(jí)
等級(jí) 一級(jí)品(％) 二級(jí)品(％) 三級(jí)品(％) 四級(jí)品(％)
約減度 ＜0.5 ＜0.5 ＜0.5 ≥0.5
活性度 ＞34 ≥33≤34 ≥32＜33 ＜32
四、回轉(zhuǎn)窯煅燒白云石的優(yōu)點(diǎn)
□□回轉(zhuǎn)窯的特點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，機(jī)械化程度高，維護(hù)操作簡(jiǎn)單，煅白活性高，灼減低，且無(wú)論白云石是何種結(jié)構(gòu)，只要控制好工藝條件，其煅燒效果均很好。
□□回轉(zhuǎn)窯主要是輻射傳熱與對(duì)流傳熱，窯內(nèi)物料隨窯的旋轉(zhuǎn)，充分翻滾，強(qiáng)化了輻射傳熱過(guò)程。物料加熱均勻，煅燒溫度易控制�；剞D(zhuǎn)窯常用煤粉、煤氣作為燃料。
五、煅白的生產(chǎn)方法及要求
□□煅燒白云石生產(chǎn)線是將豎式預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、豎式冷卻器、煙氣處理系統(tǒng)、原料輸送系統(tǒng)、成品輸送系統(tǒng)、煤粉制備系統(tǒng)等組成一條完整的生產(chǎn)線。
全線采用技術(shù)先進(jìn)，性能可靠的DCS中央控制系統(tǒng)，在主控制室集中操作管理，以PLC實(shí)現(xiàn)各設(shè)備運(yùn)行的相互連鎖。
煅白工藝流程說(shuō)明
a）、原料儲(chǔ)運(yùn)輸送
□□粒度在5～35mm的合格品經(jīng)皮帶機(jī)送至預(yù)熱器頂部料倉(cāng)。
b）、白云石煅燒
□□白云石煅燒系統(tǒng)是由一臺(tái)豎式預(yù)熱器，一臺(tái)回轉(zhuǎn)窯及一臺(tái)豎式冷卻器組成。物料由預(yù)熱器頂部料倉(cāng)經(jīng)下料溜管導(dǎo)入預(yù)熱器本體內(nèi)，同時(shí)由回轉(zhuǎn)窯傳入的高溫?zé)煔鈱⑽锪项A(yù)熱至600℃以上，使白云石發(fā)生部分分解，再由豎式預(yù)熱器液壓推桿依次推入回轉(zhuǎn)窯尾部，經(jīng)回轉(zhuǎn)窯高溫煅燒后再卸入冷卻器內(nèi)，通過(guò)風(fēng)機(jī)吹入的冷風(fēng)冷卻，將物料冷卻至100℃以下排出冷卻器，冷卻器吹入的空氣作為二次空氣進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯參與煅燒。
c）、成品輸送
□□成品煅白由冷卻器卸出后經(jīng)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)輸送至成品庫(kù)。
d）、煙氣處理
□□回轉(zhuǎn)窯燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔�，在預(yù)熱器內(nèi)與白云石進(jìn)行熱交換后，溫度降至280-300℃，一部分廢氣用管道輸送到煤粉制備系統(tǒng)中，利用其余熱烘干煤粉。廢氣經(jīng)收塵器過(guò)濾后，煙氣溫度進(jìn)一步降至80℃以下，含塵濃度符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)后排入大氣；另一部分進(jìn)入袋除塵器后經(jīng)煙囪排入大氣，氣體的含塵濃度小于50mg/Nm3。
e）、煤粉制備
□□本生產(chǎn)線所用原煤（要求揮發(fā)份大于20%）經(jīng)外購(gòu)入廠，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存、均化后利用風(fēng)掃煤磨配動(dòng)態(tài)選粉機(jī)組成的閉路系統(tǒng)將原煤粉磨至0.08mm<10%，成品煤粉通過(guò)輸送設(shè)備進(jìn)入儲(chǔ)庫(kù)，滿足回轉(zhuǎn)窯煅燒16小時(shí)以上的燃料儲(chǔ)備需要。煤粉生產(chǎn)、輸送、儲(chǔ)存均設(shè)防爆裝置，防止因煤粉意外遇明火爆炸。
□□風(fēng)掃煤磨所需熱源由回轉(zhuǎn)窯尾280-300℃廢氣供應(yīng)，既節(jié)省能源又環(huán)保。
f）、質(zhì)量控制
□□為嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，做到以質(zhì)量求生存，采取以下措施進(jìn)行全面質(zhì)量管理：
（1）嚴(yán)格精選原料，提高白云石入窯質(zhì)量，保證原料入窯符合要求。
（2）原料進(jìn)廠要跟蹤化驗(yàn)，以保證原料的化學(xué)成分滿足要求。
（3）在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)質(zhì)量管理，制定企業(yè)內(nèi)控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，逐步達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO9002認(rèn)證），提高職工素質(zhì)量意識(shí)，設(shè)質(zhì)量檢驗(yàn)員，加強(qiáng)自檢工作。
六、煅白提煉金屬鎂(粗鎂)
1、 還原劑：
1）硅鐵（工業(yè)生產(chǎn)中通常選用75％Si硅鐵作還原劑，其組成
為Si=49.86％，F(xiàn)eSi2=50.14％；
2）硅鋁合金：含硅和鋁各半的硅鋁合金，其還原能力高于含硅大于75％的硅鐵，在同一溫度下用硅鋁還原時(shí)，其還原能力為硅鐵的2.5倍，且還原溫度比硅鐵低373K左右,還原周期縮短;
3）廢鋁：鋁在所有還原劑中產(chǎn)生的鎂平衡蒸氣壓*高，即鋁的還原性比硅鐵強(qiáng)，鉭鋁的價(jià)格較高。如果能用廢鋁來(lái)代替硅鐵作還原劑 ，在同等還原條件下，還原溫度降到1323K以下，仍可達(dá)到硅熱法在1473K的效果，且還可延長(zhǎng)還原罐的使用壽命。
2、 礦化劑：
□□螢石：螢石中CaF2的含量應(yīng)大于94％，細(xì)度為100—200目。
□□目前生產(chǎn)上采用的配料比一般為：
□□煅白：硅鐵：螢石粉=80（MgO≥38％）：16.5(Si≥75％)：3.5(CaF2≥75％)
3、 制球：
□□將硅鐵先碎至3—5mm，螢石為浮選得到的粉狀料（-200目），煅白為15—35mm，三種原料按配料比配好后，同時(shí)進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行混合。
□□還原劑硅鐵、原料煅白和礦化劑螢石經(jīng)細(xì)磨混合制成球團(tuán)。制團(tuán)一般采用高壓球機(jī)，壓力15～20MPa，球團(tuán)密度可達(dá)2g/cm3。其合格標(biāo)準(zhǔn)通常是球團(tuán)在1.5米高的高空中自由下落到光滑的水泥地面上，以碎成四瓣作為衡量球團(tuán)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。球團(tuán)在高溫下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)在固相與固相之間進(jìn)行。其反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，并在真空條件下無(wú)對(duì)流給熱，還原反應(yīng)過(guò)程中，沒(méi)有還原氣體從球團(tuán)外面向里擴(kuò)散，只有還原析出的鎂蒸氣向外擴(kuò)散并在鎂結(jié)晶器中冷凝結(jié)晶。
□□硅熱法煉鎂過(guò)程中，Si還原煅白云石的反應(yīng)如下式：
2(CaO&#8226;MgO)+Si=2CaO&#8226;SiO2+2Mg
□□硅熱法煉鎂還原反應(yīng)在1473K和真空狀態(tài)下進(jìn)行，該溫度高于鎂的沸點(diǎn)，所以還原出來(lái)的鎂是氣體狀態(tài)。對(duì)于Si還原煅燒白云石的反應(yīng)，反應(yīng)物（原料及還原劑）應(yīng)具有較低的蒸氣壓且在還原溫度下不形成熔體，而生成物金屬應(yīng)具有較高的蒸氣壓。
4、 主要還原設(shè)施：
1）金屬鎂還原爐：是硅熱法煉鎂的核心設(shè)備，必須保證還原工藝條件（1473K，小于13.3Pa的真空度）的要求。
□□金屬鎂還原爐普遍采用的是外加熱臥式還原罐還原爐。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的金屬鎂還原爐的爐型較多，根據(jù)所用燃料的不同，大體上可分為兩類：用煤氣或重油加熱的還原爐與以煤為燃料的還原爐。
□□用煤氣或重油為燃料的還原爐，通常是16個(gè)橫罐的還原爐，其規(guī)格為10.54×3.59×2.94(m)。這種還原爐為矩形爐膛，還原罐間中心距約為600mm，罐呈單面單排排列，爐子背面一般分布有多支低壓燒。火焰從燃燒室進(jìn)入爐膛空間，繞過(guò)還原罐周邊，靠煙囪抽力將燃燒后的煙氣抽入爐底部支煙道，經(jīng)煙道與煙道閘門(mén)后進(jìn)入煙囪。二次風(fēng)由二次風(fēng)管再通過(guò)爐