镁的冶炼方法主要分为两种：一是硅热还原法;二是电解法。目前国内的原镁厂家大都采用硅热还原法中的皮江法，以下就比较成熟的皮江法作简单的介绍。 皮江法生产金属镁是以煅烧白云石或菱镁矿石为原料、硅铁为还原剂、萤石为催化剂，进行计量配料。粉磨后压制成球，称为球团。将球团装入还原罐中，加热到1200℃，内部抽真空至13.3Pa或更高，则产生镁蒸气。镁蒸气在还原罐前端的冷凝器中形成结晶镁，亦称粗镁。再经加熔剂精炼，产出商品镁锭，即精镁。 皮江法炼镁生产工序： （1）白云石煅烧：将白云石在回转窑或竖窑中加热至1100～1200℃，烧成煅白（MgOCaO）。 （2）配料制球：将煅白、硅铁粉和萤石粉计量配料、粉磨，然后压制成球。 （3）还原：将料球在还原罐中加热至（1200+10）℃，在13.3Pa或更高真空条件下，保持8～10小时，氧化镁还原成镁蒸气，冷凝后成为粗镁。 （4）精炼铸锭：将粗镁加热熔化，在约710℃高温下，用熔剂精炼后，铸成镁锭，亦称精镁。 （5）酸洗：将镁锭用硫酸或硝酸清洗表面，除去表面夹杂，使表面美观。 镁合金的冶炼技术 镁合金熔炼工艺的关键是阻燃保护，其次是必须进行精炼处理以去除镁合金熔体中的金属杂质和非金属杂质夹渣及有害气体。 （1）准备工作 备齐工具，检查坩埚，清理炉膛内渣子等杂物，检修电阻丝，保证测温热电偶处在正常位置，使电气控制和自动控温正常，灵敏准确； （2）坩埚、炉料预热 炉料预热去除水分，防止爆炸等安全事故，同时减少炉料中水分带入合金液中的气体含量增加。 （3）装料熔化 在已预热的坩埚中加入预热的炉料，升温熔化。 （4）合金化和精炼 待温度升到熔化温度以上镁锭熔化后加入中间合金，并充分搅 拌使之均匀，再升温至适当的温度，向熔液中撒入精炼剂精炼。此过程关键是要控制好合金加入量和精炼的温度，这是由不同种类的合金决定的。 5）静置
6.3 工艺技术方案 6.3.1 项目工艺选择 还原罐生产工艺过程按专业分为：炼钢-离心浇铸两部分完成。我国还原罐生产炼钢有中频感应炉、电弧炉、有衬电渣炉三种方法。三种炼钢方法在同等浇铸工艺下生产还原罐，其同样使用条件下，而还原罐的寿命却有较大差异，其最主要原因是生产还原罐时炼钢方法有所不同所致。 经过多方考虑，本次设计采用电弧炉熔炼，电弧炉熔炼对电网波动影响不大，不会影响电力部门电网技术指标；电弧炉对元素烧损极小，生产成本相对较低，离心机采用强度钢性高的离心铸造机和金属模铸造，提高了铸件质密度，保证了产品质量。同时电弧炉工艺经济合理、工艺成熟成靠、性能价格比高、低能耗、占地面积小、污染小的还原罐生产工艺；使本项目的工艺、设备、环保、节能、控制与管理达到国内先进水平。6.3.2 炼镁还原罐生产工艺流程 炼镁还原罐生产工艺流程有配料、熔炼、离心浇铸、后处理及帽头焊接、产品编号入库。 1. 配料 对收购回来的不锈钢废料进行分类，项目不锈钢废料主要有两大部分，一部分是回收炼镁厂的废旧炼镁还原罐，另一部分是市场采购回收的废不锈钢，主要是不锈钢边角料等。对废旧不锈钢进行成分检测，并根据成分进一步细分归类，并对废旧炼镁还原罐进行分割切块。 入炉熔融前对入炉废料按照成分比例进行配料，并配入一定的合金添加剂，合金添加剂主要成分为铬镍合金，用于增加产品中铬镍含量。
2. 熔炼 将配好的废料加入电弧炉中进行熔炼。冶炼耐热钢时，加料顺序、冶炼时间、脱氧剂加入时间及钢水包内孕育都直接影响离心件的结晶质量，所以，应严格按照冶炼工艺进行。 3. 离心浇铸 1）还原罐的离心铸造 浇包、浇杯流槽使用前需充分烘烤至近1000℃，型筒使用前应预热到200℃～250℃，然后挂砂和布砂，以形成与钢液隔离开的砂层(厚 3 mm～5 mm)。离心浇注工艺为：出钢并在包中进一步净化和孕育钢液→启动离心机，调速至型简转数逐渐达到700 r.min－1→调整并固定好浇杯及浇嘴→迅速浇注，浇完后撤出浇杯及流槽→约5 min后，钢液凝固并降温至约900℃时停机，吊下型筒→用拉拔器和天车从型筒中拔出还原罐离心件→铸件空冷至常温，进行检验。 2）帽头的砂型铸造 帽头的铸造采用水玻璃砂型，可采用一箱四模造型，使用一块模板以固定4个模样，造型时用风动捣固机捣砂。砂型造好后应烘干、硬化，而后刷一层锆英醇基涂料并点燃后合型即可浇注。耐热钢冷却快并易氧化形成氧化铬膜，所以应快浇，并于开浇完后在浇冒口处覆盖一层珍珠岩保温，以充分发挥冒口的补缩作用，浇注后约1 h打箱清理。采用水爆清砂，可使帽头铸件表面光洁不粘砂。 4. 后处理及帽头焊接 铸造的还原罐筒因两端断面不平整不便于后续加工，需对还原罐筒两
真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究(1) 时间:2009-11-19 来源:昆明理工大学真空冶金国家工程实验室编辑:刘红湘 随着现代工业的飞速发展，传统金属资源已濒临枯竭，寻找和开发新的金属资源已势在必行。金属镁由于其优良的物理性能和机械加工性能，正以“时代金属”的角色出现在冶金材料的舞台上，再加上其丰富的蕴藏量，被人们誉为21世纪最有前途的轻量化材料和绿色金属工程材料。 镁的冶炼方法是镁工业发展的前提和基础，由于现有金属镁的冶炼方法普遍存在能耗大、污染严重、流程长、成本高等问题。因此对真空碳热还原氧化镁制取金属镁进行研究具有十分重要的意义，与现有的炼镁方法相比，该方法具有能耗低、成本低、环境污染小等特点。 1、现有炼镁方法 目前，世界各国金属镁冶炼工业中比较成熟的炼镁方法大致可分为两大类: 一类是熔盐电解法，在氯化镁的熔融电解质中，通直流电电解直接得到金属镁，通称电解法。另外一类是硅热法，以煅烧白云石为原料，以硅铁粉（含Si>75％）为还原剂，在高温条件下把氧化镁还原成金属镁，称为热还原法，通称热法。全世界范围内使用电解法炼镁的厂家比较多，其产量曾占世界镁总产量的80％，硅热法炼镁仅占20％。近几年随着中国金属镁产量(主要使用硅热法)的不断增加，硅热法生产的金属镁所占的比例得到了很大的提升。2007年，中国生产原镁67 万吨，占世界生产总量的85%，硅热法生产的金属镁占世界总产量的75%。 电解法按使用原料的不同可分为以菱镁矿、卤水、光卤石为原料冶炼金属镁三种方法。硅热还原法炼镁根据冶炼炉型的不同，也有多种生产工艺，其中最具典型代表的是皮江法(PidgeonProcess)和马格尼特法(Magnetherm Process)。 电解法生产金属镁存在的主要问题有：生产过程复杂，电耗高，生产条件差，设备腐蚀严重；经常发生氯气的跑、冒、漏，给环境造成污染，给工人的身体健康带来影响；其废气、废水、废渣处理的任务重、费用高；设备和厂房由于腐蚀严重，维修费用高，投资较大。硅热法生产金属镁存在的主要问题有：还原剂（硅铁）的价格比较贵；还原罐由特殊的合金钢（3Cr24Ni7N）制成，价格昂贵，使用寿命不长；还原罐的尺寸较小，单罐装料量低，热效率不高，机械化程度低，生产效率低。 2、真空碳热还原氧化镁的反应机理 2.1、热力学分析
金属镁回转窑是专业煅烧金属镁的设备。设备由回转筒体、支承装置、带挡轮支承装置和窑头、窑尾密封装置、喷煤管装置等部分组成。金属镁回转窑窑体与水平呈一定的斜度，整个窑体由托轮装置支承，并有控制窑体上下窜动的挡轮装置。传动部分除设置主传动外，还设置了为保证在主传动电源中断时仍能使窑体慢速转动、防止窑体变形的辅助传动装置。窑头采用壳罩式密封，窑尾装有轴向接触式密封装置，保证了密封的可靠性。
金属镁回转窑的优势: 1、金属镁回转窑窑头处配置竖立冷却器不仅可使高温物料骤冷，提高产品活性度，也便于运输、储存。同时还能得到较高温度的入窑二次风。能有效地提高窑内烧成温度，降低燃料消耗。 2、金属镁回转窑的产量高。非常适合大型活性石灰生产线。 3、金属镁回转窑物料利用率极高，融入低碳环保新元素。
4、金属镁回转窑在窑尾配置竖立预热器可充分利用回转窑内煅烧产生的高温烟气，将得物料从常温预热到初始分解温度状态。这不仅能大大提高回转窑的产量，还能降低单位产品热耗。 金属镁回转窑工艺流程简述 (1)将原料(白云石)由破碎机破碎至合格的物料(30-40mm)。 (2)经由回转窑烧结，煅烧成煅白。 (3)经冷却机冷却。
(4)再经过球磨机磨成粉。 (5)再经压球机压成球。 (6)经破碎后与硅铁粉和萤石粉混合均匀制团。 (7)装入耐热不锈钢还原罐内，置于还原炉中，在1200-1250℃及真空的1.33Pa真空度下还原制取粗镁。 (8)经过熔剂精制、铸锭、表面处理得到成品镁锭。 各种型号回转窑设备，设备加工定做服务来豫晖。设备采
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金属镁还原罐介绍 在皮江法炼镁技术的工艺装备中,还原罐是最重要的装备单元,属易消耗部件。其典型结构由半球型封头、直筒罐体和冷却水套等三部分组成。还原罐工作条件恶劣,一般是在1180℃~1200℃的高温及罐内抽真空的条件下长期工作,所以要求还原罐具有良好的高温抗氧化、抗腐蚀性能,以及足够的高温强度和综合机械性能。宁夏奥特龙金还原罐的制造技术炼镁还原罐罐体由罐身和帽头焊接而成。目前,罐身一般采用离心铸造工艺,帽头采用砂型铸造,半球端底和筒体的连接采用焊接工艺,冷却水套采用铆焊件。 其生产工艺主要包括: (1)型筒转速的确定在离心铸造过程中,熔融的钢水在旋转的铸型里,在离心力的作用下,钢水布满铸型内表面且随之转动,最后形成铸管。其优点为:金属组织致密,晶粒细化;力学性能高,可达到锻件的性能指标;尺寸精度高,成品率也高。 (2)耐热不锈钢冶炼工艺(3)还原罐的离心铸造工艺(4)帽头的砂型铸造工艺(5)罐身与帽头的焊接工艺(6)试压还原罐罐身与帽头焊接完毕后,罐内通入0.5MPa压缩空气放在水槽中进行打压试验,持续8分钟若无气泡排出即为合格品。 还原罐生产中易产生的缺陷主要有: 裂纹,解决方法为采取措施使型筒各部位温度、涂料层厚度均匀一致,提高铸型精度,定时修整铸型,提高铸管机的平稳性。 冷隔、铁豆、凸凹不平,解决办法为调整浇注槽的位置,提高钢水的浇注温度,提高涂料的强度。 罐身内表面有夹渣、气孔,解决方法为提高钢水的浇注温度及罐身平稳性,以利于钢水中的杂质和气体顺利地浮出罐身的自由表面;提高钢水的质量,减少钢水中的杂质,提高涂料的高温强度,降低有机物的含量,减少其发气量。 还原罐的材质选择长期以来,人们以延长使用寿命、降低生产成本为目标,对还原罐制造技术进行了多方面的广泛研究;比较而言,关于皮江法炼镁的工艺及设备的研究不多,至今在工艺与设备方面没有实质性的改变。还原罐按材质可分为金属材料、金属与金属/非金属复合材料和非金属材料三类。 (1)金属还原罐耐热钢是使用最广泛、制造技术相对最成熟的还原罐制造材料。长期以来,人们对耐热钢还原罐的制造技术进行了大量的研究,通过合金化、调整成分、优化配料、控制冶炼、铸造工艺以及改善罐体结构等等手段,不同程度地改善和提高了还原罐的质量,延长了其使用寿命。但由于材料本身性质的限制,耐热钢材质的还原罐使用寿命不可能有大幅度的提高。 (2)复合材料还原罐从上世纪60年代开始以碳素钢或无镍、低镍耐热钢等金属材料为基体,在表面覆以各种涂层作为防护层,制造具有复合结构还原罐的研究,开创了复合材料技术制造炼镁还原罐的历史。近年来采用复合方式制造还原罐方面的技术发明活动相当活跃,复合材料还原罐的前景大有希望。 (3)非金属材料还原罐使用非金属材料的主要出发点是抵抗高温氧化与腐蚀,对还原罐的强度、气密性、热效率等相关问题缺乏必要的考虑。目前尚未见到实际使用的可靠技术数据与成功应用的权威报道。非金属材料应用于制造还原罐的前景尚不明朗。 还原罐的使用寿命目前还原罐基本上是用高铬镍合金钢铸造成的,使用寿命较短,一般不超过2~3个月,由此导致还原罐生产成本居高不下一直是炼镁厂家关切的问题。 炉内烟气的氧化性气氛的强弱是影响罐使用寿命的主要因素。目前,国内可供制作还原罐的合金钢较少。合金钢的最高抗氧化临界温度仅为1200℃。由于合金钢罐长期在抗氧化临界温度的上限使用,表面氧化,产生起皮、氧化层剥落、再起皮、再氧化等现象,罐壁逐渐
2010．5．10第3期 硅热法又分为皮江法（Pidgeon）、波尔扎诺法(Bolzano)和玛格尼特法(Magnetherm)三种。 皮江法炼镁工艺原理 皮江法炼镁工艺原理 皮江法生产金属镁是以煅烧白 云石为原料、硅铁为还原剂、萤石为 催化剂，进行计量配料。粉磨后压制成球，称为球团。将球团装入还原罐中，加热到1200℃，内部抽真空至13.3Pa或更高，则产生镁蒸气。镁蒸气在还原罐前端的冷凝器中形成结晶镁，亦称粗镁。再经熔剂精炼，产出商品镁锭，即精镁。 皮江法炼镁生产工序 皮江法炼镁生产工序 （1）白云石煅烧：将白云石在 回转窑或竖窑中加热至1100～ 1200℃，烧成煅白（MgO·CaO）。 （2）配料制球：将煅白、硅铁 粉和萤石粉计量配料、粉磨，然后压制成球。
（3）还原：将料球在还原罐中加热至1200+10℃，在13.3Pa或更高真空条件下，保持8～10小时，氧化镁还原成镁蒸气，冷凝后成为粗镁。 （4）精炼铸锭：将粗镁加热熔化，在约710℃高温下，用溶剂精炼后，铸成镁锭，亦称精镁。 （5）酸洗：将镁锭用硫 酸或硝酸清洗表面，除去 表面夹杂，使表面美观。 （6）造气车间：将原煤 转换成煤气，作为燃料使 用。直接使用原煤的镁厂 没有造气车间。 皮江炉 波尔扎诺法是皮江法炼镁的改进方法。与皮江法炼镁的主要不同在于采用了竖式电内热还原炉。此法由于意大利的波尔扎诺(Bolzano)镁厂试验成功而得名。20世纪80年代这种方法的镁最高年产量为1．2万吨，近年对设备进行了改造后，年产镁能力降为8000吨。每吨镁耗用白云石10.1吨、硅铁(含硅75％)1吨，还原周期24小时，还原炉产镁2吨每天，精炼熔剂消耗0.16吨。 玛格尼特法起源与法国，中国、日本曾使用该法。该法炼镁采用连续定时加料、周期性出镁出渣，又称为半连续硅热法。这种方法以
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 金属镁还原炉———传统还原炉 金属镁还原炉是镁生产的核心设备,国内外普遍采用的是外加热卧式还原罐还原炉。目前,国内应用的金属镁还原炉的炉型较多,根据所用燃料的不同, 大体上可分为两类:用煤气或重油加热的还原炉与以煤为燃料的还原炉。 用煤气或者重油为燃料的还原炉用煤气或者重油作为燃料的还原炉,通常 是16 个横罐的还原炉,其规格为10.54 乘以3.59 乘以2.94(m)。这种还原炉为矩形炉膛,还原罐间中心距约为600mm,罐呈单面单排排列,炉子背面一般分布有多支低压烧嘴。火焰从燃烧室进入炉膛空间,绕过还原罐周边,靠烟囱抽力将燃烧 后的烟气抽入炉底部支烟道,经烟道与烟道闸门后进入烟囱。二次风由二次风管再通过炉底第二层二次风道送入炉内。 还原炉底部两个还原罐中间设有燃烧室或烟室。还原炉既是一个倒焰炉 又是一个贮热炉。炉膛内一般装有16 支镍铬合金钢制的还原罐。16 个还原罐分成四组,即4 个还原罐组成一组,与一个真空机组相连接(真空机组由滑阀泵和罗茨泵组成),每台还原炉还设有一个备用真空机组,因此一台还原炉一般有5 个真空机组,每台还原炉设有一个水环泵作为预抽泵。 以煤为燃料的还原炉在我国,金属镁还原炉以燃煤为主,随着镁冶炼工艺 的不断发展与进步,出现过多种燃煤还原炉,典型的有下面几种。 1.单火室单面单排罐还原炉该炉型与燃煤气、重油还原炉炉型相似,单面 单排布置还原罐。燃烧室设置在后面,炉内装有14~16 支还原罐,在两支还原罐 中间设置一过火孔。该炉型由于只有单排罐,又是单面布置,故操作十分方便,车 间布置便于机械化,但其产量和热效率都低。该炉型属于矩形倒焰窑,火焰从燃 烧室通过挡火板反射至炉顶,受烟囱抽力火焰向下,使还原罐受热,再经过火孔,支烟道至主烟道排出。
金属用还原罐项目 1.建设内容与规模 炼镁用还原罐生产线，年产400000支（分三期进行）其中一期年产100000支还原罐。 2. 原料来源 本项目所需生产原料主要有废钢、镍板、硅铁、锰铁、铬铁、氮化铬铁、硅钙、稀土硅铁、铝锭等。废钢可从当地的厂矿收购，也可从金属镁厂回收废旧还原罐作为生产原料；镍板可从西安和兰州采购；硅铁、锰铁、铬铁、硅钙、稀土硅铁等可从包头购入。 3.生产方法 硅热法炼镁一般还原炉炉温控制在1200-1220℃，还原周期10-12小时、真空度5-10Pa。炼镁还原罐在高温、高真空度下较长期使用。因此，要求还原罐材质必须具有高温强度、良好的抗氧化性、抗热腐蚀性、抗高温蠕变能力、高气密性、还具有良好的焊接和机械加工性能。还原罐的使用寿命不仅制约皮江法炼镁的产量，而且影响炼镁的能耗、成本；如果出现还原罐微漏还会降低粗镁.精镁质量。 还原罐生产工艺过程按专业分为：炼钢---离心浇铸两部分完成。我国还原罐生产炼钢有中频感应炉、电弧炉、有衬电渣炉三种方法。三种炼钢方法在同等浇铸工艺下生产还原罐，其同样使用条件下，而还原罐的寿命却有较大差异，其最主要
原因是生产还原罐时炼钢方法有所不同所致。 中频感应电炉.有衬电渣炉熔炼合金钢；采用离心铸造法铸造还原罐。本项目选择了技术先进、经济合理、工艺成熟成靠、性能价格比高、低能耗、占地面积小、污染小的还原罐生产工艺；使本项目的工艺、设备、环保、节能、控制与管理达到国内先进水平。 4.项目建设的必要性和条件 园区镁产业发展的需要 镁合金工业生产链的第一个环节是生产金属镁。，在我国大都是采用皮江法生产金属镁。由于用皮江法生产金属镁具有投资少、建设周期短、见效快等优点，近年来，在我国建起了上百家皮江法金属镁厂，推动了我国金属镁行业的发展壮大，也为当地经济发展做出了贡献。但由于金属镁是初级产品，市场竟争激烈，产品价格波动很大，造成不少企业经营困难、效益低下。还有一个重要原因就是生产金属镁所用还原罐供不应求，而且质量低劣、价格偏高、工作寿命不长，制约了我国金属镁行业的发展。 目前，我国金属镁行业进入新一轮升级改造和整合阶段，那些生产规模偏小、环境污染严重的金属镁厂将被关停，新建和改造后的金属镁企业其生产规模将会加大，而且生产设备先进、生产工艺更趋合理、环境污染情况也会大为改善。同时为提高产品性能、降低生产成本，对金属镁生产中的重要消耗材
皮江法炼镁的工艺流程及其优缺点 （来源：全球五金网日期：2010-6-9 点击：95 ） 镁的冶炼方法总体上可分成三种：一种是电解法；一种是硅热法（皮江法）；另一种是碳热法。 皮江法炼镁的主要工艺流程是：白云石在回转窑或立窑中煅烧成煅白，经破碎后与硅铁粉（含硅75％）和萤石粉（含GaF2）＝95％）混合均匀制团，装入耐热不锈钢还原罐内，置于还原炉中，在1200-1250℃及真空的1.33Pa 真空度下还原制取粗镁，经过熔剂精制、铸锭、表面处理得到成品镁锭。 皮江法炼镁是中国现行普遍应用的一种方法：其优点是： 1、规模能大能小，原材料可就地取材； 2、成本相对电解法较低； 3、技术不难掌握； 4、在九十年代经济效益可观； 5、镁的等级质量略高于电解镁等。 皮江法炼镁缺点：生产1 吨金属镁锭需要有消耗白云石12-14吨；无烟煤及烟煤8-10吨；副产还原渣5-6吨，这些还原渣目前还没有发现更好的用途，污染环境；劳动强度大，原料车间粉尘污染严重。镍含量太低，如要回收用浮选法，但杂质镁可能不易控制。 一般工厂用什么冶炼镁，对人体有害吗？ 答：有害。 镁是在自然界中分布最广的十个元素之一，但由于它不易从化合物中还原成单质状态，所以迟迟未被发现。长时期里，化学家们将从含碳酸镁的菱镁矿焙烧获得的镁的氧化物苦土当作是不可再分割的物质。在1789年拉瓦锡发表的元素表中就列有它。1808年，戴维在成功制得钙以后，使用同样的办法又成功的制得了金属镁。从此镁被确定为元素，并被命名为magnesium，元素符号是Mg。 镁是一种参与生物体正常生命活动及新陈代谢过程必不可少的元素。镁影响细胞的多种生物功能：影响钾离子和钙离子的转运，调控信号的传递，参与能量代谢、蛋白质和核酸的合成；可以通过络合负电荷基团，尤其核苷酸中的磷酸基团来发挥维持物质的结构和功能；催化酶的激活和抑制及对细胞周期、细胞增殖及细胞分化的调控；镁还参与维持基因组的稳定性，并且还与机体氧化应激和肿瘤发生有关。 镁的吸收代谢：成人身体总镁含量约25g，其中60%~65%存在于骨、齿，27%分布于软组织。食物中的镁在整个肠道均可被吸收，但主要是在空肠末端与回肠部位吸收，吸收率一般约为30%。膳食中促进镁吸收的成分主要有氨基酸、乳糖等；抑制镁吸收的主要成分有过多的磷、草酸、植酸和膳食纤维等。成人从膳食中摄入的镁大量从胆汁、胰液和肠液分泌到肠道，其中60%~70%随粪便排出，部分从汗和脱落的皮肤细胞丢失。 镁离子是生物机体中含量较多的一种正离子，其量在整体中仅次于钙、钠、钾而居第四位；镁离子在细胞内的含量则仅次于钾离子而居第二位。整粒的种子、未经碾磨的谷物、青叶蔬菜、豆类和坚果是日粮镁最为丰富的来源；鱼、肉、奶和水果中镁含量较低；经过加工的食物，在加工过程中镁几乎全部损失。肌酸六磷酸、粗纤维、乙醇、过量的磷酸盐和钙离子削弱了镁的吸收，这可能是因为降低了内腔镁的浓度。
皮江法冶炼镁的工艺过程与优缺点 镁的冶炼方法总体上可分成三种：一种是电解法；一种是硅热法（皮江法）；另一种是碳热法。 皮江法是一种应用广泛的镁的冶炼方法，以发明者皮江(L_M．Pidgeon)命名的这种方法应用时间较长，可称是硅热法炼镁的经典方法。与其他方法相比，此法具有建厂快、投资省、可利用多种热源、产品质量好等优点，但由于间歇作业、单台生产能力低、能耗较高等问题，而影响它的发展。加拿大蒂尼柯(Timminco)公司的哈雷(taley)镁厂于1941年最先采用皮江法炼镁生产金属镁。随后，日本古河镁厂和字部兴产镁厂也先后采用这种炼镁方法。70年代以后，这些炼镁厂对皮江法炼镁的工艺和设备进行了改进，并逐步实现机械化、自动化操作后，进一步改善了作业条件和提高了劳动生产率。 皮江法炼镁的主要工艺流程是：
白云石在回转窑或立窑中煅烧成煅白，经破碎后与硅铁粉（含硅75％）和萤石粉（含GaF2）＝95％）混合均匀制团，装入耐热不锈钢还原罐内，置于还原炉中，在1200-1250℃及真空的1.33Pa 真空度下还原制取粗镁，经过熔剂精制、铸锭、表面处理得到成品镁锭。 具体工艺过程： （1）白云石煅烧：将白云石在回转窑或竖窑中加热至1100～1200℃，烧成煅白（MgOCaO）。 白云石煅烧天然白云石是一种分布很广的矿物，其分子式为MgCO3?CaCO3。用于皮江法炼镁的白云石一般含MgO19％～21％、CaO30％～33％、(SiO2+A12O3+Fe2O3)<0．5％、(Na2O+K2O)<0．05％，粒度10～30mm。白云石要先进行煅烧。国际上主要的皮江法炼镁厂均采用回转窑煅烧法，使用的燃料有天然气、重油、重油焦粉(或煤粉)、半水煤气、焦炉煤气、发生炉煤气等。白云石在1423～1473K温度下煅烧，分解成Mg()?CaO。经煅烧的白云石称煅烧白云石，含MgO37％～39％，灼减1％以下(最好0．5％以下)，活度超过30％。 （2）配料制球：将煅白、硅铁粉和萤石粉计量配料、粉磨，然后压制成球。 粉磨与压球煅烧白云石与破碎过的硅铁(Si>75％、Al<1．5％。Mn<0．05％)按摩尔比Si：MgO=1．2～1．3配料，并加入总料质量3％的萤石粉((2aF2>95％)。将配好的物料磨细至O．1mm粒级以下的煅烧白云石占60％，0．075mm粒级以下的硅铁占70％～80％。磨细的物料经混合后，用对辊式压球机在大于150MPa的压力下压制成球团。压制好的球团装入防潮的纸袋中备用。 （3）还原：将料球在还原罐中加热至1200+10℃，在13.3Pa或更高真空条件下，保持8～10小时，氧化镁还原成镁蒸气，冷凝后成为粗镁。 真空热还原球团料装入还原炉的还原罐中于真空下被硅铁中的硅还原成金属镁的过程。
皮江法炼镁煅烧白云石技术综述 贾庚荣 (沈阳铝镁设计研究院 辽宁沈阳 110001) 摘要 本文针对皮江法炼镁生产过程中,因白云石自身结构有差异,论述了对煅烧白云石工艺条件要求的不同及所选煅烧设备的不同、燃料的不同所造成的对煅烧白云石活性度与灼减的影响。 关键词 白云石结构 煅烧活性度 灼减 煅烧设备 在硅热法炼镁中,煅烧白云石的效果直接影响到镁的还原收率,不同类型的炉窑和不同的燃料以及不同结构类型的白云石,其煅烧条件及煅烧效果亦有差异。本文就此加以综述。 1 两种结构类型的白云石及其煅 烧 白云石由于其杂质成分的不同,结构的不同它所具备的物理、化学性能有一定的差异。目前大致分为两类:一类是无定形状具有网状结构的白云石;一类是具有六方菱形结构的白云石。 a.无一定形状具有网状结构的白云石,煅 烧后仍能保留白云石的结构特性。这种煅白其粒子表面缺陷大,颗粒的聚合力大,受机械作用后易发生变形。它的还原性较具六方菱形结构的白云石大。 b.具有六方菱形结构的白云石易破碎,煅 白细磨时也较网状结构的白云石易磨,且不粘磨,但其反应性较低。 c.两种煅白的水化活性相差很小,而还原 性能相差很大。表明煅白的水化活性度只代表煅白吸湿性。不能完全代表其还原性。一般来说水化活性度高,还原性能也高。但相同的水化活性,由于白云石结构不一样,其还原性能不一定相同。 d.选用无一定形状网状结构的白云石,由 于强度大硬度大,碎矿时容易保证白云石块度, 即粉碎率低。 e.无定形网状结构的白云石由于其晶格能 小,热分解时吸热能力较六方菱形结构的白云石低,即煅烧时能量也较低,且在煅烧时热裂性小。 从以上结论可以看出:具有六方菱形结构白云石煅烧后,粉碎率高,易磨,不太适用于竖窑、混装立窑。而在沸腾炉、回转窑中效果比较理想。因为竖窑、混装立窑的煅后料均会积在底部出料口,受上面料层压力,极易变成较小粒度的料,使窑内透气性差,易堵,影响整个窑的正常运行。但在回转窑及沸腾炉上不存在这个问题。 无定形状具有网状结构的白云石,由于强度大、硬度高、晶格能小、热分解时吸热较六方菱形结构白云石低。所以在竖窑、混装立窑内也可以取得较理想的煅烧效果。它所适应的炉型范围很广,回转窑内也可以取得好的煅烧效果。 综上所述,在现在的生产厂家中,同样是竖窑,因为白云石矿具有的结构特征不一样,煅后还原性能不同也是正常现象。 2 不同煅烧设备煅烧白云石分析 当前煅烧白云石的主要设备有回转窑、沸腾炉、燃气立窑及混装立窑等。对于年产5000吨以上的大型皮江法炼镁厂家,在新设计中要考虑节能,尾气余热利用等。峨嵋镁厂的初步 ? 63? 轻 金 属 1998年№10
硅热法炼镁 第一节概述 利用不同还原剂（硅铁、碳化钙和炭）在高温下，可以将镁从其镁化合物中还原出来而制得金属镁。 （1）用硅铁（Si-Fe）作还原剂，在高温（1200-1250℃）、高真空（1-13Pa）的条件下进行还原反应制取金属镁，此方法简称硅热法炼镁（即皮江法炼镁），其反应为： 2(MgO·CaO) + Si(Fe) = 2Mg + 2CaO·SiO2 + (Fe) （2）用碳化钙（CaC2）作还原剂，在真空条件下，于1100~1200℃的温度下进行还原反应制取金属镁。此法称为碳化物热还原法，其反应为： MgO + CaC2 = Mg + CaO +C 在还原过程中，容易从空气中吸收水，产生乙炔气体，从而影响了该法的发展。（3）用炭（C）作还原剂，在常压下于1850℃高温下进行还原反应，还原方应为可逆反应。 MgO + C = Mg + CO 反应产物镁和CO同为气态。为了避免逆反应的发生，必须将它们进行骤然冷却（降温至200~250℃以下），使用大量惰性气体可以达到冷却的目的。此时所获得镁为镁粉（镁尘），然后再进行压块蒸馏获得金属镁。此法为炭热还原法炼镁。 以上三种方法在工艺技术上以硅热法炼镁较为完善，成为当今金属镁生产中除电解法炼镁外的一个重要的方法，尤其在中国硅热法炼镁几乎成为生产金属镁的主要方法。 第二节硅热法炼镁的基本原理 略 第三节硅热法炼镁的生产工艺 一、硅热法炼镁的原料及燃料 1、硅热法炼镁的原料 硅热法炼镁的原料有白云石、硅铁、萤石和溶剂等 (1)白云石的化学成分（%）： MgO 19~21 CaO 30~33 SiO2 < 0.5 Fe2O3 < 0.5 Al2O3 < 0.5 Na2O < 0.5 K2O <0.005 Mn <0.0005 如白云石内杂质含量（SiO2，Fe2O3，Al2O3）偏高，在煅烧和还原过程中容易生成低熔点化合物（mCaO·n Fe2O3，mCaO·n Al2O3和2 MgO·SiO2）
精心整理 蓄热式还原炉安全技术操作规程 沃克能源科技有限公司 2009年12月 蓄热式技术简介： 蓄热式高温燃烧技术是当今国际上先进的燃烧技术，在国际上也被称为高温燃烧技术（HTAC ）。 200℃以下。 1.233.13.1.1检查炉前及两侧炉墙的煤气阀是否关闭。如未关闭，要进行关闭操作。 3.1.2检查引风机、鼓风机安装有无松动现象，风机安装是否坚实可靠，皮带松紧度是否合适。 3.1.3检查引风机的调风门是否关闭。如未关闭，要进行关闭操作。 3.1.4检查三通换向阀门工作是否良好，有无封闭不严的现象。 3.1.5检查控制系统是否运行正常，也就是在冷态调试是否合格。 3.1.6检查压缩空气源的压力是否大于0.3MPa 。如气源压力不足，要检查原因并排除故障。
3.1.7检查气动系统有无漏气现象，把气动元件的三联件压力调整到0.5MPa。检查三联件加装的润 滑油是否合适。 3.2点火前煤管道的吹扫、送气和放散 煤气管道上的任何作业必须遵循GB222-86《工业企业煤气安全规程》。用氮气作吹扫介质对煤气管道进行吹扫。 3.2.1吹扫、放散和送气工作开始前，首先必须确认已准备好如下事项： （1）确认煤气已送到炉区煤气总管的密闭阀前，并确认密闭阀完全关闭； （2 （3 （4 3.2.2 (1) (2) (3) 3.2.3 (1) (2) (3)各取样 (4) 3.3 3.3.1炉子点火必须具备的条件 （1）仪表系统已经进入工作状态，各控制回路置于“手动”状态； （2）换向阀电控系统已处于待机状态； （3）压缩空气系统已供气，压力指示大于0.3MPa。 3.3.2点火升温操作 (1)烘炉曲线 烘炉曲由耐火材料供货厂家提供，一般应有150℃、300℃、600℃、900℃几个保温台阶；
镁冶炼 铝硅合金热法炼镁的理论分析 姚广春 张晓明 郭清富 张东峰 柳晓梅 (东北大学 辽宁沈阳 110006) 摘要:为了降低热法炼镁的生产成本,提高生产效率,本文讨论了用电热法生产的粗铝硅合金作为还原剂的热法炼镁的可行性。通过对用铝、硅还原镁的热力学计算,分析了降低还原温度的可能性,同时还进行了铝硅合金和硅铁还原剂的理论单耗计算分析。分析结果表明,用铝硅合金为还原剂的热法炼镁是可行的。关键词:铝硅合金 热法炼镁 还原剂 我国的热法炼镁厂都是采用以白云石为原料、硅铁为还原剂、燃烧原煤加热的皮江法炼镁技术。由于硅铁的还原反应活性低,还原反应温度达到1180℃左右。反应温度高使反应罐使用寿命降低,一般反应罐使用寿命为3～6个月,有的厂甚至平均寿命仅为3个月左右。反应罐的费用在生产成本中占很大的比例,反应罐使用寿命低使镁的生产成本明显增高。此外,硅铁还原反应活性低还导致单罐次反应时间长,一般为8小时左右,这也使镁的生产成本增高。 为了降低还原反应温度,延长反应罐的使用寿命,提高反应速度,降低生产成本,我们研究了用电热法生产的粗铝硅合金作为还原剂的热法炼镁的可行生。通过对铝、硅还原氧化镁的热力学计算,分析了降低还原反应温度的可行性。讨论了以铝硅合金与硅铁作还原剂时的动力学因素,分析了提高还原速率的可能性。此外,还计算分析了铝硅合金与硅铁作还原剂时的理论单耗。 根据理论分析结果,我们用电热法生产的铝硅合金(含铝4415%)作为还原剂,进行了热法炼镁的试验,并与用硅铁(含硅75%)作为还原剂时做对比,试验结果将在后续文中报道。 1 用铝、硅还原金属镁的热力学分 析 热还原法炼镁是在高温下,利用还原剂将镁从化合物中还原出来。用金属作还原剂,如果以Me 表示,则还原过程的基本反应为: mMgO +nMe =mMg +Me n O m 从热力学角度讲,要将镁从氧化镁中还原出来,还原剂对氧的亲和力必须大于镁对氧的亲和力,即,还原剂的氧化物Me n O m 比MgO 有更高的化学稳定性。 氧化物的化学稳定性是用标准吉布斯自由能变化△G °量度的,△G °负值越大的氧化物越稳定。 1.1 硅热法还原金属镁的热力学分析 硅热法还原金属镁的基本反应为:Si (s )+2MgO (s )=2Mg (g )+SiO 2(s ) ⑴镁与氧气的反应为:2Mg (g )+O 2=2MgO (s ) ⑵ △G o 2=-1465400+411198T (1376～3125K ) 硅与氧气的反应为:Si (s )+O 2=SiO 2(s ) ⑶ ? 24? 轻 金 属 1998年№3
镁渣的综合利用 随着金属材料消耗急剧上升，地球表壳的资源日趋贫化，很多传统金属矿产趋于枯竭，加速开发镁金属材料是社会可持续发展的重要措施之一。在我国生产金属镁时排出的工业废渣，很多镁厂都是作为废物丢掉，尤其是一些规模较小的生产企业。随着镁渣的大量排放堆积，不但占用了大量的土地资源，而且镁渣随着雨水的冲淋汇入江河湖泊对农作物和周围环境造成了极大的影响，严重危及到人类的身体健康及农作物的生长，每生产1 t 金属镁大约排出8~10 t 左右的镁渣。我国镁产业普遍存在生产规模小、高污染、高能耗、技术装备水平低及技术创新能力低等特点，如何充分利用镁渣成为制约我国镁产业发展的的一大主题。由于能源、资源、环境保护三方面的迫切需要，工业废渣再利用的研究成为可持续发展的战略目标之一，也是业内专家学者的研究热点之一。 目前对镁渣再利用的研究主要集中在利用镁渣配料烧制水泥熟料和作为水泥活性混合材使用。但镁渣是一种具有潜在活性的工业废渣，掺入生料中煅烧水泥熟料并不能高效地利用，二次煅烧实属能源浪费；镁渣当作混合材使用并不能象矿渣那样规模化、产业化利用，而且在量和质上都无法和矿渣相比较。本文讲介绍几种常见的镁渣的再利用技术。 首先，可以利用镁渣制作新型墙体材料。在国内，已有研究报道将镁渣直接与磨细的矿渣，按照一定比例混合，添加复合激发剂，配制胶结料。研究表明，这种利用镁渣生产墙体材料的工艺简单，成本低廉，节省能源，并且这种金属镁渣生产出的胶结材具有良好的胶凝性能，制成的墙体材料密度小、强度高、耐久性好，产品质量符合相关标准。大部分企业只是单一地应用镁渣材料制砖，其实还可以在镁渣中掺入一定量的轻骨料，制作轻质保温、隔热墙体材料或制成屋面材料。 其次，可以利用金属镁渣制作矿化剂。矿化剂是能促进或控制结晶化合物的形成或反应而加入配料中的物质。在水泥行业中，能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧的少量外加剂。加入的矿化剂可以通过与反应物作用而使晶格活化，从而增强反应能力，加速固相反应。镁渣是近年来开发的新型矿化剂，经过1 200 ℃左右的高温煅烧后的镁渣，具有一定的化学活性，能够降低晶体的成核势能，诱导晶体，加速矿物的转化及形成，减少了从生料到熟料的热耗。因此，可以试烧不同镁渣配比下的生料，研究熟料抗拉、抗压强度较高的配方。有研究表明：生料中加入10％左右的镁渣，煅烧时可以起到良好的矿化效果。镁渣与萤石价格悬殊，利用镁渣代替部分萤石作矿化剂对降低生产成本，提高经济效益是十分显著的。 再次，可以利用镁渣生产建筑水泥。镁渣可以替代部分矿渣生产混合水泥混合材，生产
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920247735.2 (22)申请日 2019.02.26 (73)专利权人 内蒙古金石镁业有限公司 地址 750312 内蒙古自治区阿拉善盟阿拉 善左旗腾格里经济技术开发区 (72)发明人 曹发栋 张开保 刘金刚 王增乐 (74)专利代理机构 合肥市泽信专利代理事务所 (普通合伙) 34144 代理人 方荣肖 (51)Int.Cl. C22B 26/22(2006.01) (54)实用新型名称 一种镁锭还原罐用锥形内筒水夹套及其镁 锭还原装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种镁锭还原罐用锥形 内筒水夹套及其镁锭还原装置。水夹套用于收纳 冷凝结晶桶，且与还原罐相连，并包括内筒、外 筒、定位筒以及多块隔板。内筒套在冷凝结晶桶 外，且冷凝结晶桶半径较大的一端与还原罐相 邻。内筒与还原罐相连，内筒的侧壁与冷凝结晶 桶的轴向之间具有夹角。外筒与内筒围成一个密 闭的水室。隔板安装在水室内，并将水室分隔成 多个冷却腔。每块隔板上开设通孔，位于隔板两 侧的冷却腔通过对应的通孔连通。在相邻的两块 隔板中，通孔位于内筒的相对两侧。本实用新型 解决了镁蒸汽在结晶桶外结晶造成结晶桶卡住 不易取出的问题，减少取出还原罐并割开水夹套 取出结晶桶的概率，减少劳动强度，提高粗镁产 量， 降低生产成本。权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 209669322 U 2019.11.22 C N 209669322 U
权 利 要 求 书1/2页CN 209669322 U 1.一种镁锭还原罐用锥形内筒水夹套，其用于收纳呈锥形的冷凝结晶桶(3)，且与还原罐(7)相连；所述水夹套包括： 内筒(4)，其套在冷凝结晶桶(3)外，且冷凝结晶桶(3)半径较大的一端与还原罐(7)相邻； 与内筒(4)同轴设置的外筒(5)，其套在内筒(4)外，并与内筒(4)围成一个密闭的水室(6)； 其特征在于，内筒(4)呈锥形，且半径较小的一端与还原罐(7)相连；内筒(4)的侧壁与冷凝结晶桶(3)的轴向之间具有夹角；所述水夹套还包括： 呈漏斗状的定位筒(13)，其设置在内筒(4)内，并与冷凝结晶桶(3)同轴设置；定位筒(13)半径较大的一端贴在内筒(4)的内壁上，并与还原罐(7)相邻，定位筒(13)半径较小的一端插入在冷凝结晶桶(3)中；以及 平行设置的多块环形隔板(16)，其安装在水室(6)内，并将水室(6)分隔成多个冷却腔 (17)；每块隔板(16)上开设通孔(18)，位于隔板(16)两侧的冷却腔(17)通过对应的通孔 (18)连通；在相邻的两块隔板(16)中，两个通孔(18)位于内筒(4)的相对两侧。 2.如权利要求1所述的镁锭还原罐用锥形内筒水夹套，其特征在于，所述水夹套还包括： 进水接口(1)，其安装在外筒(5)上，且连通水室(6)，并与内筒(4)半径较大的一端相邻； 出水接口(2)，其安装在外筒(5)上，且连通水室(6)，并与内筒(4)半径较小的一端相邻； 其中，冷却水从进水接口(1)进入，并分别通过各个通孔(18)而依次流过各个冷却腔(17)，并从出水接口(2)流出。 3.如权利要求1所述的镁锭还原罐用锥形内筒水夹套，其特征在于，内筒(4)的侧壁与冷凝结晶桶(3)的轴向之间的夹角为1度。 4.如权利要求1所述的镁锭还原罐用锥形内筒水夹套，其特征在于，冷凝结晶桶(3)较粗的一端的外径小于内筒(4)较细的一端的内径，内筒(4)较细的一端的外径与还原罐(7)的外径相等。 5.如权利要求1所述的镁锭还原罐用锥形内筒水夹套，其特征在于，所述水夹套还包括： 抽真空接口(12)，其一端安装在内筒(4)上并连通内筒(4)的内腔，另一端穿过水室(6)并位于外筒(5)外。 6.如权利要求5所述的镁锭还原罐用锥形内筒水夹套，其特征在于，定位筒(13)的侧壁上开设多个透气孔(19)，且抽真空接口(12)通过透气孔(19)与冷凝结晶桶(3)的内腔贯通。 7.如权利要求6所述的镁锭还原罐用锥形内筒水夹套，其特征在于，定位筒(13)具有弧形侧壁，透气孔(19)开设在所述弧形侧壁上，冷凝结晶桶(3)卡在所述弧形侧壁上。 8.如权利要求1所述的镁锭还原罐用锥形内筒水夹套，其特征在于，所述水夹套还包括： 呈筒状的隔热结构(21)，其设置在内筒(4)内，且定位筒(13)安装在隔热结构(21)的内壁上；隔热结构(21)具有向内筒(4)一侧凸起的弧面，沿着内筒(4)较粗的一端至较细的一 2
1、镁热还原法制备超细无定形硼粉及粗硼粉的提纯 2、关键技术 以一定要求的金属Mg 粉和B 2O 3粉为原料，以一定的物料配比和升温制度条件下，在卧式还原炉中进行还原，得到还原产物后，采用盐酸进行彻底的酸洗，可制备出纯度在90～95%的无定形硼粉。 以镁热还原法制备的粗硼粉（85～92%）为原料，在粗硼粉中配入一定量的B 2O 3粉末，经充分混合后压制成块，装入不锈钢坩埚并置于卧式气氛炉中，温度维持在700～1000℃，炉内通入氩气作为保护气体，经过2～4h 后冷却，将其置于配置好的稀盐酸中除去物料中的可溶物，经过滤、烘干即得到纯度为95～97%的硼粉，其中杂质Mg 、O 、Si 、Fe 含量分别在1.5%、2%、1.0%、0.5%以下。 3、与成果最相关的图片 图1 制备的无定形硼粉和扫描电镜SEM 图 表1 无定形硼粉物理化学性能指标 物理化学性能 粒度/μm 比表面积 /m 2·g 元素含量/% B Mg O Si Fe 其他 数值 <1.0 8～10 95～97 <1.5 <2 <1 <0.5 <0.5 4、社会和经济效益 无定形硼粉是一种高附加值的硼化工产品，92～95%的无定形硼粉市场价格在5000～8000元/kg ，而纯度达到95～97%的无定形硼粉价格超过10000元/kg 。该科研成果的应用将为硼化工企业产生丰厚的经济效益和社会效益。 5、应用情况 该科研成果已经在河北省唐山市某企业得到应用。 6、知识产权
该科研成果发表学术论文6篇，其中SCI收录1篇，EI收录4篇，ISTP收录1篇；申请专利1项（专利申请号：201010130202）。
实验五、 硅热还原法炼镁的热力学分析 【实验性质】 网络平台实验 ；学时：2 1实验目的 掌握标准状态和非标准状态时化学反应等温方程式的计算方法及应用，能分析温度、活度、分压等因素对化学反应方向的影响；理解硅热还原法炼镁的热力学原理。掌握FactSage 软件的Reaction 模块的主要用法。 2实验原理及内容 工业上目前生产金属镁的主要方法为硅热还原法，其主要过程为在1100-1300C 的高温、真空条件下利用硅铁从含MgO 的白云石中还原获得金属镁。主要反应为 MgO + 0.5 Si= Mg(g) +0.5 SiO 2 当温度为T 时，该反应的等温方程为： 其中： 本实验通过对标准态、非标准态时等温方程的计算，说明如何利用真空能使一个大气压下难以进行的反应在真空条件下得以顺利进行。 计算内容： 2.1标准状态时，Si 还原MgO 反应的还原温度； 2.2非标准态时，研究温度对Mg(g)平衡分压的影响 2.3非标准态时，研究SiO 2活度对平衡Mg(g)分压的影响 3主要操作步骤 FactSage 软件的Reaction 模块可以很方便地计算标准态或非标准态时化学反应，其主要包括两个步骤：1）设定化学反应方程式；2）设定计算条件。需要注意的是在计算之前需要设定计算所使用的热力学数据库。 200000()0.50.5r SiO Mg g Si MgO G G G G G Δ=Δ+Δ?Δ?Δ2()0.500.5ln g SiO Mg r r Si MgO a P G G RT a a ?Δ=Δ+ ?
3.1 标准状态时，Si还原MgO反应的还原温度 3.1.1首先选择数据库：选用Fact53纯物质数据库 3.1.2输入反应方程式：注意选择各物种的物相以及去掉非标准态的选项