提高单罐产量、提高还原效率是硅热法炼镁生产之本.doc

提高单罐产量、提高还原效率是硅热法炼镁生产之本中南大学 徐日瑶前言我国横罐硅热法炼镁发展至今，多项生产指标尚停留在中等水平，达不到日本20世纪90年代的水平如吨镁白云石单耗＞11t/t-Mg，能耗（折标煤）＞7t/t-Mg，料/镁＞6.0，镁还原效率＜85%，硅利用率＜75%，劳动生产效率＜25t/全员一年，精镁质量含量镁99.5～99.98%＜80%，还原残渣中MgO＞5%使我国硅热法的发展不仅受到限制，而且被认为是技术落后、劳动强度大、能耗高、成本高、环境污染严重的一种生产方法尽管我国横罐硅热法炼镁在生产中存在着上述一些情况，但其发展仍然非常迅速如果在工业生产中能实现大容量设备的生产，加强余热利用，加大机械化与自动化水平，把上述生产指标提高到如下水平：吨镁白云石单耗＜9t/t-Mg（8.5t/t-Mg），硅铁单耗＜1.0t/t-Mg，能耗（折标煤）≈5t/t-Mg，料/镁≈5.8，镁还原效率＞85%，硅利用率＞75%，劳动生产效率＞30t/全员一年，精镁质量含镁99.98%＞85%，还原残渣中MgO＜2%那么横罐硅热法炼镁还是一种比较简单的生产方法本文就如何提高横罐硅热法炼镁生产工艺中单罐产量、提高还原效率的一些问题进行综合分析。

一、原料质量1、白云石适应于硅热法炼镁的白云石，不仅是结晶形的，而且机械强度、热强度要大，其化学组成中CaO/2MgO≈1.0(mol)、R2O3(Fe2O3+ Al2O3)<0.5%、SiO2<0.5%、K2O+Na2O<0.01%将这种白云石作为硅热法炼镁的原料，炉料在还原时不缺CaO，也不缺MgO，在额定的还原条件下（温度和真空度），能保证如下反应的进行：2(CaO·MgO)+Si=2Mg+2 CaO·SiO2 ……………………………(1)2CaO+SiO2=2 CaO·SiO2 ……………………………(2)在白云石煅烧时，减少或不发生下列反应：mCaO+Fe2O3= mCaO2·Fe2O3 ……………………………(3)mCaO+Al2O3= mCaO·Al2O3 ……………………………(4)2MgO+ SiO2=2 Mg·SiO2 ……………………………(5)来阻止白云石的分解反应CaCO3·MgCO3= CaO+MgO+2CO2，从而提高了还原效率，提高了单罐产量。

2、硅铁用硅铁作为还原剂来还原MgO，这种硅铁必须是75%Si的硅铁，其含量在75%～78%之间这种硅铁的金相组成为：Si(游)、FeSi2、FeSi、Fe3Si2但是能起还原作用的硅仅为Si(游)，FeSi2的反应性不大，FeSi和Fe3Si2的反应性更小对75%Si的硅铁来说（指硅含量为75%～78%Si），含硅Si(游)也只有49-51%用这种硅铁作还原剂，MgO的还原效率在额定条件下（温度1200℃，真空度7～13Pa）可达到85%以上，硅的利用率可达75%以上为了保证金属镁产品的质量，硅铁中Mn及Al的含量应低，不然，金属镁产品中的Mn及Al会超标3、萤石在硅热法炼镁中，萤石是一种矿化剂，在还原过程中，它可以增大MgO表面的活化能，来加速Si还原MgO的反应速度在反应物中，萤石的加入量很少，仅为煅白与硅铁量的1.0%因此对萤石的质量要求较高，一般选用CaF298%的萤石作矿化剂，萤石中的CaF2含量最好不低于94%二、煅白的质量白云石在1200℃温度下煅烧后的产物即为煅白作为炉料的煅白，其灼减量应控制在0.1～0.2%，煅白中的MgO含量应达38.5～40%，煅白的水化活性度应大于30%，最好控制在32～34%。

因此白云石在煅烧时的烧损率应达46.5～47.5%如果白云石的烧损率低于45%，那么这种白云石煅烧出的煅白是不能作为硅热法炼镁用的炉料因为这种煅白的CaO含量高，MgO含量低，用这种煅白组成的炉料，不仅炉料的吸湿性大，还原时炉料会放气，真空度上不去而且还原后残渣量大，残渣中的mCaO·Al2O3，mCaO2·Fe2O3易熔结，阻止了还原反应的进行采用灼减量＜0.1%的煅白，这种煅白往往过烧，活性低，灼减量＞0.3%的煅白，煅白生烧，活性也低过烧或生烧的煅白，还原时单罐产量低，还原效率低三、炉料细度硅热法炼镁的还原反应，属于固—固相反应，没有气—固相和液—固相反应对固—固相反应，要求炉料有较细的粒度，并具有较大的比表面，也就是说炉料越细越好但是炉料太细，压型时压缩比小，又难于成形因此炉料的细度，根据研究和生产实际表明，炉料的细度应100%达-100目，而且炉料中-120目～-130目的细度应占26.5%炉料的细度对镁的还原效率和硅的利用效率有较大的影响炉料中的料度比，不仅影响还原效率，还影响团块的抗压强度，所以炉料的细度与粒度比是极为重要的由于三种原料的刚性不一样，细磨后的炉料中，这三种原料的粒度是不一样的。

煅白细度达到0.147mm(即-100目)、硅铁细度为0.115～0.120mm(即-120～-130目)、萤石的细度应达0.074mm(即-200目)，那么这三种细度的原料，就具有较大的比表面成形后，在还原条件下，可获得较大的单罐产量，与较高的镁的还原效率与硅的利用率四、配料比与配硅比采用硅热法炼镁，要想获得高的单罐产量、镁的还原效率与硅的利用率，必须根据三种原料（煅白、硅铁、萤石）的组成，通过配料计算来确定煅白、硅铁与萤石的量而且还必须根据金属镁与硅铁的市场价格比来确定配硅比（M值）配料计算的计算条件，根据研究与生产实际表明：最经济的配硅比为：当镁价与硅铁的市场价格比大于3时，配硅比M值取值1.2～1.3，当镁价与硅铁的市场价格比小于时，配硅比M值取值1.0～1.1萤石的加入量按煅白与硅铁量的1.0%加入，按Si/2MgO=1.0(mol)、100kg煅白为基础计算，再根据煅白中MgO%与硅铁中Si%、萤石中CaF2%量按下式计算配料比100kg煅白应加入硅铁量：WSi-Fe=34.735×M×MgO%/Si%, kgW萤石=(100+ WSi-Fe)×0.01/CaF2%, kg根据上式计算煅白、硅铁、萤石的重量，再换算成百分量，即为配料比。

硅热法炼镁炉料的配料比是非常重要的首先必须保证煅白中CaO/MgO=1.0(mol)如果炉料中的MgO量不足，单罐产量就低；如果炉料中的CaO量不足，还原时，SiO2会与MgO作用生成低熔点的2MgO·SiO2，阻止了还原反应的进行，降低了MgO的利用率，单罐产量降低如果炉料未按要求配入足够的硅量，镁的还原效率降低，如果炉料中配入的硅量多，硅的利用率降低，镁的生产成本增高五、成球压力与球团的物理性质对于化学反应层于——固相反应的热法炼镁，炉料除应有一定细度和配料比外，还必须压形来增大炉料之间的相互接触面为了缩短硅原子还原MgO的自由行程，炉料的细度与压形压力对还原反应起着很重要的作用压形压力越大，物料相互接触越紧密，在额定的温度与真空条件下，越有利于还原反应的进行，炉料压形后，还可以提高还原罐的装料量，提高单罐产量因此对于采用国产LYQ系列的高压对辊压球机来压球，其工作压力为60～120kg/cm2球团的物理性质（即球团形状、球团堆积密度、球团闭孔率）对单罐的产能与还原效率影响很大适用于热法炼镁炉料的球团形状，应为桃核状，这种球团的堆积密度比枕形与杏仁状的大桃核状球团平均直径如取D=2.23×10-2m，则球团的密度为2.1,球团的堆积密度为1.0。

生产实际表明，在相同的还原条件下，桃核状的球团在相同容积的还原罐中，装球量较杏仁状与枕形球团多，更有利于镁蒸汽向外扩散，镁的还原效率则更高球团的闭孔率与炉料的细度与成形压力有关在上述的炉料细度与成形压力下，球团内部的闭孔率较大在保证球团抗压强度时，有利于镁蒸汽从球团内部向外扩散，更有利于还原反应向球团内部推进，使球团内部的还原反应进行彻底，不出现反应区与未反应区，还原效率可达最大值六、还原温度、真空度、还原时间和传热速度如果前面五项都处于上述的条件下，球团在还原罐中还原，要获得高单罐产量、高还原效率，就要使料/镁比值接近6.0，甚至达到5.8，球团的还原温度应处于1200℃,体系的真空度（即剩余压力）控制在7～13Pa，还原时间只需8小时（即还原周期）但必须保证这一周期的时间内，还原温度，真空度都必须稳定，不能时高时低由于还原反应与球团受热时的传热与传质是同时进行的，并且在还原反应时，传人的热量应大于反应吸热的热量才能保证还原反应的持续进行如果传人的热量不足，还原温度就会降低，就会影响反应速率，在反应物层就会出现已反应界面与未反应界面当球团中心出现反应核，还原反应会终止，单罐产量降低，还原效率也降低。

结论 为了提高单罐产量、提高还原效率，在硅热法炼镁时，必须按上述要求保证原料质量、煅白质量、炉料细度、合理的配料比、最经济的配硅比以及成球压力与球团的物性再在额定和稳定的还原温度、真空度、还原时间下进行还原才能提高单罐产量、提高还原效率也只有在提高单罐产量、提高还原效率的前提下，才谈得上节能、减排因此提高单罐产量、提高还原效率，才是硅热法炼镁生产之本。