硅热法提炼金属镁（锻白）工艺设备
一、镁的性质及用途
1、性质：
□□镁的化学活性高，在自然界以化合物形式存在于白云石、菱镁石、橄槛石、蛇纹石、地下卤水、盐湖和海水中。镁是银白色金属，纯镁具有密度小、膨胀系数较大、弹性模量较低的特性。
镁的密度：1.738g/cm3 镁的熔点：922～924K
镁的沸点：1380K 镁的开始再结晶温度：423K
镁在固态下的收缩率：2％
2、用途：
1）、生产难熔金属的还原剂：
□□镁既可作生产稀有金属Ti、Zr、Hf等的不原剂，也可作为生产铍、硼的还原剂。
2）、铝合金的添加元素：
□□铝合金中加入金属镁，使合金更轻，强度更大，抗腐蚀能力更好。作为铝合金中的主要合金元素，是镁的一大用途。
3）、球墨铸铁的球化剂：
□□镁在球墨铸铁中起着 球化作用，使铸件强度、延展性更高。镁在球墨铸铁中的应用在逐年增大。
4）、钢铁脱硫的脱硫剂：
□□整个北美、欧洲钢铁生产中用镁作为钢铁脱硫剂。我国用镁作为钢铁脱硫剂的用量也在不断增长，市场前景广阔。用镁粉作为钢铁脱硫剂不仅工艺简单，且由于镁对硫具有大的亲和力这种独特性质，使钢铁市场在较低的成本下达到高产量、高质量，并能生产出如HSLA级低硫钢，这种优质钢可用于汽车、设备及结构体中。用镁脱硫不仅改善了钢的可铸性、延展性、焊接性和冲击韧性，而且降低了结构件的重量，进一步增加了镁在钢铁工业中的需求量。
5）、高储能材料：
□□镁在常压下，大约523K和H2作用生成MgH2，在低压或稍高温度下又能释放出氢，镁具有储氢的作用。MgH2较一般金属氢化物储能高，所以镁可以作为高储能材料。
6）、烟火：
□□镁在早期用来制造烟火，含铝量超过30％的镁铝合金粉末燃烧时会产生耀眼的白光，该白光比自然光更适合于摄影，从而被作摄影闪光灯。镁粉不广泛用于焰火、礼花、军用信号弹、照明弹、燃烧弹等方面。
7）、生产镁合金：
□□镁合金以其密度低，比强度高，降噪减振好，电磁屏蔽性好，易于回收等优点，成为现代交通工具、航空航天和电子通讯等领域的*材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，同时也成为仅次于钢铁、铝合金的第三大金属结构材料。因此，镁的*大应用领域是生产不同牌号的镁合金。
二、镁的冶炼方法
□□根据镁矿资源和种类不同，镁的生产方法分为两大类，热还原法和氯化熔盐电解法。热还原法有硅热法、炭热法和碳化物热还原法，后两种在工业上较少采用。
硅热法（现只介绍硅热法）：
□□硅热还原法炼镁是利用硅铁作还原剂，将镁从其化合物中还原出来而制得金属镁的一种生产方法。硅热法又分为外热法和内热法，采用硅铁还原氧化镁生产金属镁的工艺有Pidgeon（硅热法）工艺和Magnethern工艺。Pidgeon工艺属于外热法；Magnethern工艺属于内热法，根据生产的连续性又分为间歇式和半连续式。
□□硅热法是我国目前主要应用的方法。该工艺将煅烧后的白云石和硅铁按一定配比磨成细粉，压成团块，装在耐热合金罐内，在一定温度和压力条件下还原得到镁蒸气，冷凝结晶成固态粗镁，精炼后得到纯镁。
□□硅热法的特点是投资少，建设周期短，且生产工艺简单，单位投资成本低，生产过程不产生有害气体，副产品的炉渣可用作生产肥料或水泥的原料。
白云石的化学组成应在如下范围内才能符合硅热法炼镁的要求：
名称 含量（％） 名称 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％
烧损率 46.5％～47.5％ 灼减量 ＜0.5％
水化活性度 ＞35％
三、煅烧白云石的产物
□□煅烧白云石的产物通常叫煅白。合格的煅白呈白色，表面有微粉，其断面疏松多孔，质量为白云石的一半，硬度较小，不能重拍。过烧煅白表面呈微黄色，有裂纹；生烧的煅白，其质量相当于白云石，色泽基本上是白云石的本色。
□□煅白中的主要成分是CaO、MgO以分子结构（MgO•CaO）存在，其灼减量小，水化活性度高.
□□如果煅白吸收空气中的Co2和H2O。煅白吸收少量水分后，立即干固，表面生成一层硬壳，即Ca(OH)2或Mg(OH)2。影响下道工序生产。
□□因此、出窑的煅白应在较短时间内送入密封的煅白料仓中，且贮存时间般不超过12小时。窑内排出的煅白，如贮存方法合理或贮存时间太长均会变质。
煅白化学成分一览表
组成 MgO CaO K2O Na2O 灼减度
含量(％) 38～44 56～62 ≤0.05 ≤0.05 ≤0.5
煅白质量等级
等级 一级品(％) 二级品(％) 三级品(％) 四级品(％)
约减度 ＜0.5 ＜0.5 ＜0.5 ≥0.5
活性度 ＞34 ≥33≤34 ≥32＜33 ＜32
四、回转窑煅烧白云石的优点
□□回转窑的特点是生产能力大，机械化程度高，维护操作简单，煅白活性高，灼减低，且无论白云石是何种结构，只要控制好工艺条件，其煅烧效果均很好。
□□回转窑主要是辐射传热与对流传热，窑内物料随窑的旋转，充分翻滚，强化了辐射传热过程。物料加热均匀，煅烧温度易控制。回转窑常用煤粉、煤气作为燃料。
五、煅白的生产方法及要求
□□煅烧白云石生产线是将竖式预热器、回转窑、竖式冷却器、烟气处理系统、原料输送系统、成品输送系统、煤粉制备系统等组成一条完整的生产线。
全线采用技术先进，性能可靠的DCS中央控制系统，在主控制室集中操作管理，以PLC实现各设备运行的相互连锁。
煅白工艺流程说明
a）、原料储运输送
□□粒度在5～35mm的合格品经皮带机送至预热器顶部料仓。
b）、白云石煅烧
□□白云石煅烧系统是由一台竖式预热器，一台回转窑及一台竖式冷却器组成。物料由预热器顶部料仓经下料溜管导入预热器本体内，同时由回转窑传入的高温烟气将物料预热至600℃以上，使白云石发生部分分解，再由竖式预热器液压推杆依次推入回转窑尾部，经回转窑高温煅烧后再卸入冷却器内，通过风机吹入的冷风冷却，将物料冷却至100℃以下排出冷却器，冷却器吹入的空气作为二次空气进入回转窑参与煅烧。
c）、成品输送
□□成品煅白由冷却器卸出后经链式输送机输送至成品库。
d）、烟气处理
□□回转窑燃烧产生的高温烟气，在预热器内与白云石进行热交换后，温度降至280-300℃，一部分废气用管道输送到煤粉制备系统中，利用其余热烘干煤粉。废气经收尘器过滤后，烟气温度进一步降至80℃以下，含尘浓度符合国家排放标准后排入大气；另一部分进入袋除尘器后经烟囱排入大气，气体的含尘浓度小于50mg/Nm3。
e）、煤粉制备
□□本生产线所用原煤（要求挥发份大于20%）经外购入厂，经过储存、均化后利用风扫煤磨配动态选粉机组成的闭路系统将原煤粉磨至0.08mm<10%，成品煤粉通过输送设备进入储库，满足回转窑煅烧16小时以上的燃料储备需要。煤粉生产、输送、储存均设防爆装置，防止因煤粉意外遇明火爆炸。
□□风扫煤磨所需热源由回转窑尾280-300℃废气供应，既节省能源又环保。
f）、质量控制
□□为严把质量关，做到以质量求生存，采取以下措施进行全面质量管理：
（1）严格精选原料，提高白云石入窑质量，保证原料入窑符合要求。
（2）原料进厂要跟踪化验，以保证原料的化学成分满足要求。
（3）在生产过程中加强质量管理，制定企业内控质量标准，逐步达到国际标准（ISO9002认证），提高职工素质量意识，设质量检验员，加强自检工作。
六、煅白提炼金属镁(粗镁)
1、 还原剂：
1）硅铁（工业生产中通常选用75％Si硅铁作还原剂，其组成
为Si=49.86％，FeSi2=50.14％；
2）硅铝合金：含硅和铝各半的硅铝合金，其还原能力高于含硅大于75％的硅铁，在同一温度下用硅铝还原时，其还原能力为硅铁的2.5倍，且还原温度比硅铁低373K左右,还原周期缩短;
3）废铝：铝在所有还原剂中产生的镁平衡蒸气压*高，即铝的还原性比硅铁强，钽铝的价格较高。如果能用废铝来代替硅铁作还原剂 ，在同等还原条件下，还原温度降到1323K以下，仍可达到硅热法在1473K的效果，且还可延长还原罐的使用寿命。
2、 矿化剂：
□□萤石：萤石中CaF2的含量应大于94％，细度为100—200目。
□□目前生产上采用的配料比一般为：
□□煅白：硅铁：萤石粉=80（MgO≥38％）：16.5(Si≥75％)：3.5(CaF2≥75％)
3、 制球：
□□将硅铁先碎至3—5mm，萤石为浮选得到的粉状料（-200目），煅白为15—35mm，三种原料按配料比配好后，同时进入球磨机进行混合。
□□还原剂硅铁、原料煅白和矿化剂萤石经细磨混合制成球团。制团一般采用高压球机，压力15～20MPa，球团密度可达2g/cm3。其合格标准通常是球团在1.5米高的高空中自由下落到光滑的水泥地面上，以碎成四瓣作为衡量球团强度的标准。球团在高温下进行反应，反应在固相与固相之间进行。其反应是吸热反应，并在真空条件下无对流给热，还原反应过程中，没有还原气体从球团外面向里扩散，只有还原析出的镁蒸气向外扩散并在镁结晶器中冷凝结晶。
□□硅热法炼镁过程中，Si还原煅白云石的反应如下式：
2(CaO&#8226;MgO)+Si=2CaO&#8226;SiO2+2Mg
□□硅热法炼镁还原反应在1473K和真空状态下进行，该温度高于镁的沸点，所以还原出来的镁是气体状态。对于Si还原煅烧白云石的反应，反应物（原料及还原剂）应具有较低的蒸气压且在还原温度下不形成熔体，而生成物金属应具有较高的蒸气压。
4、 主要还原设施：
1）金属镁还原炉：是硅热法炼镁的核心设备，必须保证还原工艺条件（1473K，小于13.3Pa的真空度）的要求。
□□金属镁还原炉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。
□□用煤气或重油为燃料的还原炉，通常是16个横罐的还原炉，其规格为10.54×3.59×2.94(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。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