提高單罐產(chǎn)量提高還原效率是硅熱法煉鎂生產(chǎn)之本

1、提高單罐產(chǎn)量、提高還原效率是硅熱法煉鎂生產(chǎn)之本中南大學(xué) 徐日瑤前言我國橫罐硅熱法煉鎂發(fā)展至今，多項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)尚停留在中等水平，達(dá)不到日本20世紀(jì)90年代的水平。如噸鎂白云石單耗11t/t-Mg，能耗（折標(biāo)煤）7t/t-Mg，料/鎂6.0，鎂還原效率85%，硅利用率75%，勞動生產(chǎn)效率25t/全員一年，精鎂質(zhì)量含量鎂99.599.98%80%，還原殘渣中MgO5%。使我國硅熱法的發(fā)展不僅受到限制，而且被認(rèn)為是技術(shù)落后、勞動強(qiáng)度大、能耗高、成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重的一種生產(chǎn)方法。盡管我國橫罐硅熱法煉鎂在生產(chǎn)中存在著上述一些情況，但其發(fā)展仍然非常迅速。如果在工業(yè)生產(chǎn)中能實(shí)現(xiàn)大容量設(shè)備的生產(chǎn)，加強(qiáng)余熱利用，

2、加大機(jī)械化與自動化水平，把上述生產(chǎn)指標(biāo)提高到如下水平：噸鎂白云石單耗9t/t-Mg（8.5t/t-Mg），硅鐵單耗1.0t/t-Mg，能耗（折標(biāo)煤）5t/t-Mg，料/鎂5.8，鎂還原效率85%，硅利用率75%，勞動生產(chǎn)效率30t/全員一年，精鎂質(zhì)量含鎂99.98%85%，還原殘渣中MgO2%。那么橫罐硅熱法煉鎂還是一種比較簡單的生產(chǎn)方法。本文就如何提高橫罐硅熱法煉鎂生產(chǎn)工藝中單罐產(chǎn)量、提高還原效率的一些問題進(jìn)行綜合分析。一、原料質(zhì)量1、白云石適應(yīng)于硅熱法煉鎂的白云石，不僅是結(jié)晶形的，而且機(jī)械強(qiáng)度、熱強(qiáng)度要大，其化學(xué)組成中CaO/2MgO1.0(mol)、R2O3(Fe2O3+ Al2O3)&

3、lt;0.5%、SiO2<0.5%、K2O+Na2O<0.01%。將這種白云石作為硅熱法煉鎂的原料，爐料在還原時不缺CaO，也不缺MgO，在額定的還原條件下（溫度和真空度），能保證如下反應(yīng)的進(jìn)行：2(CaO·MgO)+Si=2Mg+2 CaO·SiO2 (1)2CaO+SiO2=2 CaO·SiO2 (2)在白云石煅燒時，減少或不發(fā)生下列反應(yīng)：mCaO+Fe2O3= mCaO2·Fe2O3 (3)mCaO+Al2O3= mCaO·Al2O3 (4)2MgO+ SiO2=2 Mg·SiO2 (5)來阻止白云石的分解反應(yīng)CaC

4、O3·MgCO3= CaO+MgO+2CO2，從而提高了還原效率，提高了單罐產(chǎn)量。2、硅鐵用硅鐵作為還原劑來還原MgO，這種硅鐵必須是75%Si的硅鐵，其含量在75%78%之間。這種硅鐵的金相組成為：Si(游)、FeSi2、FeSi、Fe3Si2。但是能起還原作用的硅僅為Si(游)，F(xiàn)eSi2的反應(yīng)性不大，F(xiàn)eSi和Fe3Si2的反應(yīng)性更小。對75%Si的硅鐵來說（指硅含量為75%78%Si），含硅Si(游)也只有49-51%。用這種硅鐵作還原劑，MgO的還原效率在額定條件下（溫度1200，真空度713Pa）可達(dá)到85%以上，硅的利用率可達(dá)75%以上。為了保證金屬鎂產(chǎn)品的質(zhì)量，硅鐵中

5、Mn及Al的含量應(yīng)低，不然，金屬鎂產(chǎn)品中的Mn及Al會超標(biāo)。3、螢石在硅熱法煉鎂中，螢石是一種礦化劑，在還原過程中，它可以增大MgO表面的活化能，來加速Si還原MgO的反應(yīng)速度。在反應(yīng)物中，螢石的加入量很少，僅為煅白與硅鐵量的1.0%。因此對螢石的質(zhì)量要求較高，一般選用CaF298%的螢石作礦化劑，螢石中的CaF2含量最好不低于94%。二、煅白的質(zhì)量白云石在1200溫度下煅燒后的產(chǎn)物即為煅白。作為爐料的煅白，其灼減量應(yīng)控制在0.10.2%，煅白中的MgO含量應(yīng)達(dá)38.540%，煅白的水化活性度應(yīng)大于30%，最好控制在3234%。因此白云石在煅燒時的燒損率應(yīng)達(dá)46.547.5%。如果白云石的燒損

6、率低于45%，那么這種白云石煅燒出的煅白是不能作為硅熱法煉鎂用的爐料。因?yàn)檫@種煅白的CaO含量高，MgO含量低，用這種煅白組成的爐料，不僅爐料的吸濕性大，還原時爐料會放氣，真空度上不去。而且還原后殘渣量大，殘渣中的mCaO·Al2O3，mCaO2·Fe2O3易熔結(jié)，阻止了還原反應(yīng)的進(jìn)行。采用灼減量0.1%的煅白，這種煅白往往過燒，活性低，灼減量0.3%的煅白，煅白生燒，活性也低。過燒或生燒的煅白，還原時單罐產(chǎn)量低，還原效率低。三、爐料細(xì)度硅熱法煉鎂的還原反應(yīng)，屬于固固相反應(yīng)，沒有氣固相和液固相反應(yīng)。對固固相反應(yīng)，要求爐料有較細(xì)的粒度，并具有較大的比表面，也就是說爐料越細(xì)越好

7、。但是爐料太細(xì)，壓型時壓縮比小，又難于成形。因此爐料的細(xì)度，根據(jù)研究和生產(chǎn)實(shí)際表明，爐料的細(xì)度應(yīng)100%達(dá)-100目，而且爐料中-120目-130目的細(xì)度應(yīng)占26.5%。爐料的細(xì)度對鎂的還原效率和硅的利用效率有較大的影響。爐料中的料度比，不僅影響還原效率，還影響團(tuán)塊的抗壓強(qiáng)度，所以爐料的細(xì)度與粒度比是極為重要的。由于三種原料的剛性不一樣，細(xì)磨后的爐料中，這三種原料的粒度是不一樣的。煅白細(xì)度達(dá)到0.147mm(即-100目)、硅鐵細(xì)度為0.1150.120mm(即-120-130目)、螢石的細(xì)度應(yīng)達(dá)0.074mm(即-200目)，那么這三種細(xì)度的原料，就具有較大的比表面。成形后，在還原條件下，可

8、獲得較大的單罐產(chǎn)量，與較高的鎂的還原效率與硅的利用率。四、配料比與配硅比采用硅熱法煉鎂，要想獲得高的單罐產(chǎn)量、鎂的還原效率與硅的利用率，必須根據(jù)三種原料（煅白、硅鐵、螢石）的組成，通過配料計算來確定煅白、硅鐵與螢石的量。而且還必須根據(jù)金屬鎂與硅鐵的市場價格比來確定配硅比（M值）。配料計算的計算條件，根據(jù)研究與生產(chǎn)實(shí)際表明：最經(jīng)濟(jì)的配硅比為：當(dāng)鎂價與硅鐵的市場價格比大于3時，配硅比M值取值1.21.3，當(dāng)鎂價與硅鐵的市場價格比小于時，配硅比M值取值1.01.1。螢石的加入量按煅白與硅鐵量的1.0%加入，按Si/2MgO=1.0(mol)、100kg煅白為基礎(chǔ)計算，再根據(jù)煅白中MgO%與硅鐵中Si

9、%、螢石中CaF2%量按下式計算配料比。100kg煅白應(yīng)加入硅鐵量：WSi-Fe=34.735×M×MgO%/Si%, kgW螢石=(100+ WSi-Fe)×0.01/CaF2%, kg根據(jù)上式計算煅白、硅鐵、螢石的重量，再換算成百分量，即為配料比。硅熱法煉鎂爐料的配料比是非常重要的。首先必須保證煅白中CaO/MgO=1.0(mol)。如果爐料中的MgO量不足，單罐產(chǎn)量就低；如果爐料中的CaO量不足，還原時，SiO2會與MgO作用生成低熔點(diǎn)的2MgO·SiO2，阻止了還原反應(yīng)的進(jìn)行，降低了MgO的利用率，單罐產(chǎn)量降低。如果爐料未按要求配入足夠的硅量，鎂

10、的還原效率降低，如果爐料中配入的硅量多，硅的利用率降低，鎂的生產(chǎn)成本增高。五、成球壓力與球團(tuán)的物理性質(zhì)對于化學(xué)反應(yīng)層于固相反應(yīng)的熱法煉鎂，爐料除應(yīng)有一定細(xì)度和配料比外，還必須壓形來增大爐料之間的相互接觸面。為了縮短硅原子還原MgO的自由行程，爐料的細(xì)度與壓形壓力對還原反應(yīng)起著很重要的作用。壓形壓力越大，物料相互接觸越緊密，在額定的溫度與真空條件下，越有利于還原反應(yīng)的進(jìn)行，爐料壓形后，還可以提高還原罐的裝料量，提高單罐產(chǎn)量。因此對于采用國產(chǎn)LYQ系列的高壓對輥壓球機(jī)來壓球，其工作壓力為60120kg/cm2。球團(tuán)的物理性質(zhì)（即球團(tuán)形狀、球團(tuán)堆積密度、球團(tuán)閉孔率）對單罐的產(chǎn)能與還原效率影響很大。適

11、用于熱法煉鎂爐料的球團(tuán)形狀，應(yīng)為桃核狀，這種球團(tuán)的堆積密度比枕形與杏仁狀的大。桃核狀球團(tuán)平均直徑如取D=2.23×10-2m，則球團(tuán)的密度為2.1,球團(tuán)的堆積密度為1.0。生產(chǎn)實(shí)際表明，在相同的還原條件下，桃核狀的球團(tuán)在相同容積的還原罐中，裝球量較杏仁狀與枕形球團(tuán)多，更有利于鎂蒸汽向外擴(kuò)散，鎂的還原效率則更高。球團(tuán)的閉孔率與爐料的細(xì)度與成形壓力有關(guān)。在上述的爐料細(xì)度與成形壓力下，球團(tuán)內(nèi)部的閉孔率較大。在保證球團(tuán)抗壓強(qiáng)度時，有利于鎂蒸汽從球團(tuán)內(nèi)部向外擴(kuò)散，更有利于還原反應(yīng)向球團(tuán)內(nèi)部推進(jìn)，使球團(tuán)內(nèi)部的還原反應(yīng)進(jìn)行徹底，不出現(xiàn)反應(yīng)區(qū)與未反應(yīng)區(qū)，還原效率可達(dá)最大值。六、還原溫度、真空度、還原時間和傳熱速度如果前面五項(xiàng)都處于上述的條件下，球團(tuán)在還原罐中還原，要獲得高單罐產(chǎn)量、高還原效率，就要使料/鎂比值接近6.0，甚至達(dá)到5.8，球團(tuán)的還原溫度應(yīng)處于1200,體系的真空度（即剩余壓力）控制在713Pa，還原時間只需8小時（即還原周期）。但必須保證這一周期的時間內(nèi)，還原溫度，真空度都必須穩(wěn)定，不能時高時低。由于還原反應(yīng)與球團(tuán)受熱時的傳熱與傳質(zhì)是同時進(jìn)行的，并且在還原反應(yīng)時，傳人的熱量應(yīng)大于反應(yīng)吸熱的熱量才能保證還原反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。如果傳人的熱量不足，還原溫度就會降低，就會影響反應(yīng)速率，在反應(yīng)物層就會出現(xiàn)已反應(yīng)界面與未反應(yīng)界面。當(dāng)球團(tuán)中心出現(xiàn)反應(yīng)核，還原反應(yīng)會終止，單罐產(chǎn)量降低