菱镁矿、白云岩冶炼金属镁的现状及发展方向

菱镁矿、白云岩冶炼金属镁的现状及发展方向
颜文琴,杨浩,卢俊鹏,汪旭光
(中国建筑材料工业地质勘查中心湖南总队,湖南株洲412011)
摘要:我国拥有丰富的菱镁矿、白云岩资源,可作为冶炼金属镁的原料。

根据菱镁矿和白云岩冶炼金属镁的原理分析了我国现有的冶炼金属镁的方法机理,通过对比研究2类冶炼金属镁的工艺,提出了未来冶炼金属镁可改进的方向。

关键词:菱镁矿;白云岩;冶炼;金属镁A bs t ract :Chi na has abundantm agnes i t e and dol om i t e r es our ces t hatcan be us ed as r aw m at er i al s f or s m el t i ng m et al l i c m agnes i um.Bas ed on t he pr i nci pl es of s m el t i ng m et al l i c m agnes i um f r om m agnesi t e and dol om i t e,t hi s ar t i cl e anal yzes t he m echani sm s of cur r ent m et al l i c m agnes i um s m el t i ng m et hods i n Chi na.By com par i ng and s t udyi ng t he pr oces s es of t he t wo ki nds of m et al l i c m agnesi um s m el t i ng,i t pr opos es t he pot ent i al f ut ur e i m pr ovem ent s i n m et al l i c m agnesi um s m el t i ng.K ey w ords :m agnesi t e;dol om i t e;s m el t ;m et alm agnes [中图分类号]P619.23+7[文献标识码]A [文章编号]1004-5538(2023)04-0035-020
引言
金属镁作为一种质轻耐高温金属,可应用于航空、军事、汽车等多个领域。

自然中含镁元素的矿物、岩石主要有菱镁矿、白云岩等。

菱镁矿(M gCO 3)中M gO 含量理论值为47.81%,白云岩(CaM g(CO 3)2)中M gO 含量理论值为21.86%。

据2017年全国矿产资源储量通报中显示,我国的菱镁矿资源量为311478.46万t ,炼镁
白云岩资源储量为371874.93万t 。

1
金属镁的冶炼现状
中国拥有丰富的菱镁矿资源,自50年代起就采用菱镁矿炼镁法生产金属镁。

高温还原法生产的镁砂在2000年以后发展很快,到2007年已超过77%。

但因电解法成本较高,目前国内大多采用热法。

目前中国主要使用的是热还原技术。

2
金属镁的制备原理
目前冶炼镁的方法[1-2]主要有两种:一类是以尖晶石、卤水、海水或菱镁矿等为原料制取无水氯化镁,之后进行电解制取金属镁;另一种是用硅铁对从碳酸盐矿石中经煅烧产生的氧化镁进行热还原。

2.1菱镁矿电解法制取金属镁原理
菱镁矿原矿通过破碎机破碎成一定规格的颗粒,按C/M gO =0.22~0.3配料,直接加入氯化炉内氯化。

其化学反应方程式见式1、2。

通过氯化炉得到的M gCl 2进行熔融电解(式3)得到金属镁。

M gCO 3=M gO +CO 2
(1)3M gO +2C+3Cl 2=3M gCl 2+CO 2+CO
(2)M gCl 2=M g+Cl 2
(3)
2.2白云石硅热还原法原理
将白云石粉碎后,用旋转式或立式窑锻白(式4),将锻白粉碎后,用含有75%硅和萤石的还原剂,用球磨将其压成球状。

将球团放入耐热钢还原罐中,在高温(1200℃)和真空(1.33~13.3Pa )下进行还原(式5),以制取粗镁,再进行溶剂精制、铸锭、表面处理,最终得到成品镁锭。

CaM g (CO 3)2=CaO ·M gO +2CO 2(4)
2(CaO ·M gO )+Si (Fe )=2M g+2CaO ·Si O 2+Fe (Si )(5)
3
电解法与硅热还原法的对比
3.1菱镁矿电解法制取镁
菱镁矿电解法制镁的优点是产品均匀性好、易实现大规模工业化生产、生产过程连续性强、生产
效率高,采用新技术的企业环保指标也相对较好,属于能源密集型产业。

缺点是生产工艺流程较长、技术较复杂(制取无水氯化镁难度大)、投资成本也相对较高。

电解法生产过程排放的废水、废气和废渣,会污染环境,三废处理费用较高。

成品金属镁的纯度较低,电解法制取的粗镁中主要含有电解质中的氯化物及Fe、Si、N i、Cr、M n、K、N a等金属元素,其存在会降低镁及其合金的耐腐蚀性能,因此需要采取措施,提高镁的纯度。

3.2白云岩硅热还原法制取镁
白云石硅热还原法炼镁优点是:①工艺流程和设备较简单;②生产规模不受限,原材料可就地取材;③建厂投资小,成本比电解法低;④成品镁的纯度高;⑤经济效益可观等。

缺点是热利用率低、反应槽寿命短、反应炉占用了大量的资金,且具有一定的劳动强度和非连续性。

针对中国现有的国情,硅热还原法冶炼金属镁占据冶镁行业的主导地位。

我国属于劳动力密集型国家,白云石矿产资源丰富,相对于国外,我国的冶镁技术仍处于弱势地位。

因此,电解法冶镁从我国的冶镁技术中消失符合我国基本国情。

表1为电解法与硅热还原法冶炼金属镁的能耗、三废等情况对比。

表1电解法、硅热法(生产1t金属镁)能耗和环境影响对比
方法原料/[t/(t·m g)]能耗/[kW h/(t·m g)]废气/[kg/(t·m g)]废渣/[t/(t·m g)]
辅助材料/[kg/(t·m g)]
熔盐电解法菱镁矿:4.84t,
石油焦:0.57t,
M gCl
2
:4.4t。

电解:11000,
精炼:1000,
石焦油:1600,
三废治理用电:1500,
共计:15100。

大于15t
(氯化炉尾气,
电解槽阴极气体)
0.29
石墨
阴极:
30~50。

硅热法(我国,燃煤
加热)白云石:10~12t,
硅铁:1.1t。

还原剂:9000,
燃料:8~10t,
标准煤精炼:1000,
共计:34000~40000。

固体燃料
燃烧产生
烟尘和CO、
CO2废气。

炉渣可作水泥
原料。

反应器:
150。

硅热法
(电加热)白云石:10~12t,
硅铁:1.1t。

还原剂:9000,
还原:12000~15000,
精炼:1000,
共计:22000~25000。

无
炉渣可作水泥
原料。

反应器:
150。

4冶炼金属镁未来的发展方向
随着我国的科学技术不断的进步,电解法制取金属镁未来仍然有可能出现在冶镁行业,不过需要突破一些技术壁垒,同时也需要改进硅热还原法制取镁。

对于电解法制取镁,将颗粒状氯化镁经无水氯化氢脱水后,可转化成水球状氯化镁,减少能源消耗。

改进设备,将电解产生的H Cl和Cl
2
中和生成无害产物或者通过收集装置将有害气体回收利用。

对于硅热还原法制取金属镁可采取一系列的技术改造升级。

通过改进升级还原罐的结构、采用高新耐火保温材料、切断热短路、提高还原罐内部介质的综合导热性能;改造还原炉型,使用新型高效烧嘴,对产生的废气进行回收并综合利用;采用数字化、智能化的现代控制技术,采用先进水平控制机械化装卸料生产设备等。

参考文献
[1]孙晓思.金属镁生产工艺概述[J].山西冶金, 2011,34(3):1-4.
[2]韩继龙,孙庆国.金属镁生产工艺进展[J].盐湖研究,2008,16(4):59-65.
第一作者:颜文琴(1990-),男,研究生,工程师,地质工程专业。

(编辑:王冬林)(收稿日期:2023-4-10)。