硅热法炼镁中还原剂FeSi75硅铁的氧化特性研究
镁冶炼(二)
添加少量萤石(CaF2)粉能加速反应过程。反应在 900~1100℃及100Pa下进行，镁的收率可达到 65%。 但由于CaC2的活性较低，又易吸湿，物料流量大等 原因，此法目前也已停用。
3
金属热还原法 用金属或合金作为还原剂的热还原过程。其反应通式
能用作还原剂的金属很多。但从经济方面考虑，工业 上主要用含Si75%的硅铁合金(Ferrosilicon)作还原 剂，此时硅铁中的硅起还原作用，铁不起作用。此 时又叫做硅热法(Silicothermic Processes)。在 某些场合也用铝硅合金作还原剂，此时硅和铝都起 作用。
有色金属冶金学
Non-ferrous Metallurgy
Magnesium Metallurgy 镁冶金（二）
朱 骏
zhujun@
有色金属冶金系 北京科技大学冶金学院
1
2.3 Thermal Reduction Methods
根据还原剂的不同，热还原法炼镁可分为三种： 碳热还原法 以木炭、煤、焦炭等碳质材料作为还原剂，反应式：
19
讨论：为什么使用75%的硅铁作还原剂？ 85%、75%、45%和25%四种硅铁， 其中，83% 的硅铁在合金组织中几乎全部 是以游离硅存在；75%硅的硅铁是由游离 硅和FeSi2存在；45%硅的硅铁是由FeSi2 和FeSi 组成；25%的硅铁完全是由 FeSi 和 Fe3Si2组成。 之所以采用75%硅铁合金作为还原剂，是综 合考虑了技术与经济两方面因素。
8
Si(s) + 2(CaO· MgO)(s) = 2Mg(g) + 2CaO· SiO2(s)
ΔG0 = 492.21-0.27T kJ/mol ΔG = ΔG0 + RT ln(pMg/p0)2 欲使反应在1200℃下顺利进行，pMg = ？
有色金属冶金复习题—综合-F版
氧化铝生产复习题1.铝土矿的类型以及我国铝土矿的特点？铝土矿类型：三水铝石（r-Al2O3.3H2O}）、一水软铝石（r-Al2O3.H2O）、一水硬铝石（a-Al2O3.H2O）铝土矿特点：我国的铝土矿是属高铝、高硅、低铁矿，主要为一水硬铝石，三水铝石在福建、河南和广西等地有少量发现，储量很少。
我国的一水硬铝石矿属高硅矿，铝硅比一般在4 ~ 7之间，不适合单独采用拜尔法处理，只能采用烧结法或联合法等。
2.判断铝土矿质量高低的指标是什么？该指标的定义？在氧化铝生产中评价铝土矿的质量是以铝土矿中铝硅比为标准。
还需考虑铝含量和铝土矿的种类。
铝土矿中氧化铝和氧化硅的重量比称为铝硅比，用A / S表示。
铝硅比越大，铝土矿的质量越好。
（氧化硅是主要的有害成分，是氧化铝生产中造成碱和氧化铝损失的主要根源。
）3. 铝土矿的主要杂质？主要杂质为：SiO2、Fe2O3、TiO2。
4.碱法生产氧化铝有哪些方法？（碱法就是用碱（烧碱或纯碱）处理铝矿石，使氧化铝转变为可溶解的铝酸钠。
）1、烧结法2、拜耳法3、联合法（联合法又分为并联法、串联法及混联法）5.决定碱法生产氧化铝方法的主要因素是什么？请具体指出来。
主要因素是铝硅比。
当铝硅比A/S >7时，该矿石可以采用拜耳法处理，当然也可以采用烧结法处理；当3.5< A/S <7时，就不宜用拜耳法处理，但可以采用烧结法处理；当A/S <3.5时，可以采用烧结法处理，但这时已无实际意义。
6. 拜尔法和烧结法的优缺点？烧结法与拜耳法相比较，前者能耗高约6倍以上，而且拜耳法的产品质量明显优于烧结法。
拜耳法虽然具有很多优点，但是其应用有严格的限制条件，主要限制条件是铝硅比，拜耳法要求铝硅比大于7的矿石；而对烧结法来讲，原则上可以处理各种类型的矿石，但从经济角度考虑，一般只处理铝硅比大于3.5以上的矿石。
7.什么叫苛性比？苛性比：是指铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3的摩尔数之比。
金属镁生产工艺概述
文章编号：1672-1152（2011）03-0001-04
山西冶金 SHANXI METALLURGY
金属镁生产工艺概述
Total 131 No.3，2011
孙晓思
（太原科技大学应用科学学院， 山西 太原 030024）
摘 要：简要介绍了金属镁生产工艺—— —电解法和热还原法；详细介绍了我国现存的主要镁生产方法—— —皮江
二战前，全球生产金属镁的方法只有一种— —— 电解法 （以菱镁矿为主要原料）。但电解法耗资巨 大，工艺复杂。二战期间，由于军事工业的发展，镁合 金的需求量急剧增加，又由于含镁矿石资源中以白 云石的储量最多且分布最广，所以自 1938 年起由奥 地利和美国开始在高温真空条件下，用碳作还原剂，
·2·
山西冶金 E- mail:yejinsx@
热还原法即硅热法炼镁工艺，其原理为：硅（一般 为 w(FeSi)＝75％的合金）在高温（1 100~1 250 ℃） 和真空（13.3~133.3 Pa）条件下，还原白云石中的氧 化镁为金属镁，其化学反应可表示为：
2（MgO·CaO）+Si=2Mg↑+2CaO·SiO2 传统的硅热还原法，按照所用设备装置的不同 分为四种：皮江法（Pidgeon Process）、巴尔札诺法 （Balzano Process）、玛格尼法（Magnetherm Process） 和 MTMP 法［6］。 由于白云石资源分布广泛，储量丰富，而皮江法 炼镁可以直接采用其作原料；并利用天然气、煤气、 重油和交流电等作热源；工艺流程简单，建厂投资 少，生产规模灵活；反应炉体小，建造容易，技术难度 小；成品镁的纯度高。这些特点恰恰符合我国的实际 国情，因此，皮江法在我国得到了广泛的发展和应 用。到目前为止，皮江法仍是我国生产金属镁的主要
75硅铁和72硅铁
75硅铁和72硅铁-概述说明以及解释1.引言1.1 概述硅铁是一种重要的铁合金材料，在工业生产中扮演着重要的角色。
它由铁和硅两种元素组成，具有高硅和低硅两个不同规格。
常见的规格有75硅铁和72硅铁。
这两种硅铁在制备方法、工艺和应用方面都有一些不同之处。
75硅铁是一种高硅铁合金，其硅含量较高。
它常用于钢铁冶炼中作为脱氧剂和合金添加剂，以提高钢的硬度、强度和耐磨性。
此外，75硅铁还具有良好的导磁性能和热稳定性，因此也常在电力工业中用作电磁铁芯材料。
相比之下，72硅铁是一种低硅铁合金，其硅含量相对较低。
与75硅铁相比，72硅铁在钢铁冶炼中具有更好的还原性能和流动性，可以有效地降低钢铁的碳含量，提高钢的纯度和韧性。
72硅铁还常用于铸造行业，作为铸件的合金添加剂，可以提高铸件的硬度和强度。
综上所述，75硅铁和72硅铁在硅含量、特性和应用方面存在一些不同。
选择何种规格的硅铁取决于具体的工业需求和产品要求。
随着科技的不断进步，硅铁的制备方法和工艺也将不断完善和发展，为各行各业提供更高质量和更多样化的应用选择。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以描述整篇文章的组织和安排方式，具体内容如下：文章结构本文主要由引言、正文和结论三个部分组成。
引言部分将概述本文的主题以及所要讨论的问题，介绍硅铁及其应用的背景和意义，突出75硅铁和72硅铁的重要性，并明确文章的目的和意义。
正文部分分为2.1、2.2、2.3和2.4四个小节，详细介绍了硅铁的定义和特性，以及75硅铁和72硅铁的制备方法和工艺。
其中，2.1小节将讨论硅铁的基本概念和重要特性，为后续对比和分析提供基础。
2.2小节将详细介绍制备75硅铁的方法和相应的工艺流程，包括原料选取、反应条件、设备要求等方面。
同样地，2.3小节将介绍制备72硅铁的方法和工艺，比较其与75硅铁的差异之处。
最后，在2.4小节中，将对75硅铁和72硅铁进行全面的比较，包括物理化学性质、机械性能以及应用领域等方面的对比分析，以便更好地理解它们之间的异同。
最新镁冶金热还原法的原理与过程
从上面图可知：各种氧化物的△G值均随温度的 变化而变化，但变化的方向与幅度各不相同，有些 曲线的相互位置都发生了变化。
从图还可推知，只有在温度超过2373℃以后， SiO2的稳定性才会高于MgO的，才能发生如下反应：
计算表明：在温度低于2000K时，用Si还原MgO 根本就不可能。
●MgO·CaO还原的热力学原理
所以，硅热法炼镁，一般是在真空条 件下进行。
§3影响还原效率及硅利用率的因素
●还原温度
右图为p＝ 1716．2×105Pa，配硅 比＝1．1时在不同的时 间下，镁的还原效率与 硅利用率随着温度变化 而变化，图中虚线为镁 的还原效率，实线为硅 的利用率。此外还标注 了时间为1-2h时镁的还 原效率与硅的利用率的 数值。
从图中还可以看出，提高还原温度比延长还
原时间更能增加产量和提高硅的利用率。但是 在生产上由于还原罐材质受到影响，不能用提 高还原温度来缩短还原周期(即缩短还原时间) 达到高产的目的。这样做势必缩短了还原罐的 寿命。所以在低于1180℃温度下还原可适当延 长还原时间，但是绝对不能用提高温度、缩短 还原时间来提高镁的还原效率和硅的利用率。
那么，如果将常压改为真空状态， 会怎么样？下图是某些物质在不同真空 度下吉布斯自由能与温度的变化关系。
就反应：2MgO+Si=2Mg+SiO2而言， MgO、Si 、SiO2均为固态，其活度为1，此 时，吉布斯自由能的表达式为——
△G=△G0+RTlnpMg 当反应中 pMg ＜101.325pa时， RTlnpMg为负值， △G ＜ △G0这有利于将 反应的温度降低。
上图表明：
○随着温度的升高，在同一还原时间内，还原效率和 硅的利用率都有不同程度的提高。在低温区域内，镁的还 原效率和硅的利用率与温度的关系近似为直线，曲线的斜 度较大，也就是说，在低温区域内，同一时间内镁的还原 效率与硅的利用率增加更为明显。
硅热法炼镁用白云石球团制备及煅烧工艺研究
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
硅热法炼镁用白云石球团制备及煅烧工艺研究
为改变硅热法炼镁工艺存在资源利用率低、能耗高等缺陷，本文提出了造球煅烧还原硅热法炼镁新工艺，并对其造球关键步骤进行研究。
考察了煅烧温度、制度等对煅烧效果的影响规律，结果表明: 白云石球团煅烧过程是分步进行的，首先是低温阶段MgCO3 的煅烧分解过程，然后是高温阶段CaCO3 的煅烧分解过程。
分阶段煅烧可有效缩短煅烧分解过程，低温煅烧分解过程球团烧损率为18.43%，高温煅烧分解过程球团烧损率为21.06%，总烧损率为
39.49%。
金属Mg 及其合金具有比强度高、导热和电导性能好、阻尼减震、电磁外屏蔽、易于机械加工和容易回收等优点，应用十分广泛，已成为仅次于钢铁和铝的第三大金属工程材料。
目前，中国90% 以上的金属Mg 均采用硅热还原法生产。
硅热还原法炼镁基本流程: 先将白云石煅烧得到煅白，然后将煅白和还原剂按比例压制成球团，最后将球团进行真空还原得到金属Mg。
白云石煅烧过程中会产生5%的超细粉料无法利用，煅烧所得的煅白由于具有很强的吸水性，通常存放时间不能超过24 h。
因此，现有炼镁工艺存在资源利用率低、能耗高等缺陷。
因此，改变硅热法炼镁工艺，实现其资源高效利用和节能降耗是实现硅热法炼镁的关键。
本文根据白云石矿的物性特点，提出将白云石矿先造球，后煅烧，最后
进行热还原得到金属Mg。
即，将白云石、还原剂按一定的比例混料，然后添加一定的粘结剂造球得到生球团，然后将生球团煅烧得到具有一定孔隙度的熟球团，最后将熟球团进行热还原得到金属Mg。
本文主要考察了煅烧温度、制度等对煅烧效果的影响规律，为制备高反应活性和稳定性的硅热法炼镁用球团提供。
轻金属冶金学期末复习试卷
轻金属冶金学期末复习试卷第一篇：轻金属冶金学期末复习试卷轻金属冶金学期末试卷(1)重庆科技大学专版一名词解释：1，苛性比解答：在NaAl(OH)4溶液中，Na2O和Al2O3的物质的量之比，符号“αk” 2，硅量指数解答：在NaAl(OH)4溶液中，Al2O3和SiO2的质量比，符号“A/S”。
3，碱比解答：Na2O/【Al2O3+Fe2O3】，是物质的量之比。
4，晶种系数解答：指添加Al（OH）3中所含Al2O3的质量与分解原液中Al2O3的质量的比值。
5，阳极效应系数解答：即每昼夜发生阳极效应的次数。
二填空题1，轻金属通常是指比重小于的金属。
2、三种。
3。
5，拜耳法是用NaOH溶出铝土矿，而烧结法用Na2CO3溶出孰料。
6，与赤泥分离后的铝酸钠溶液叫做。
7，拜耳法的和烧结法的都需要经过蒸发，排出多余的水分，保持循环体系中的水量平衡，使蒸发母液达到符合拜耳法溶出或烧结法生料浆配料的浓度的要求。
8，二次反应的主要产物是和9，碳酸化分解过程中，二氧化硅含量变化曲线按分解进程分为段。
其中二氧化硅在分解末期大量析出。
三大部分。
11 和12，氧化铝—冰晶石熔盐体系中，NaF 与AlF3的的物质的量之比为3，工业上将二者的物质的量之比称为冰晶石的摩尔比。
比值为3的电解质称为中性电解质；小于3的称为酸性；大于3 的称为碱性13，炭渣会使铝电解质的电导率。
14，根据表面化学理论，把降低表面张力的物质称为15，在冰晶石—氧化铝熔体中添加氟化钙、氟化镁会使熔体的蒸汽压。
16离子理论。
三简答题1，简述拜耳法的原理？解答：将铝土矿与一定数量苏打石灰配成炉料，在回转窑内进行高温烧结，炉料的 Al2O3与Na2CO3反应生成可溶性的固体铝酸钠。
杂质Al2O3，SiO2，TiO2，分别生成Na2O.Fe2O3、2CaO.SiO2、CaO.TiO2，Na2O.Fe2O3水解生成NaOH和Fe2O3H2O，用Na2CO3溶出，得到NaAl（OH）4溶液。
热还原炼镁过程中不同种类还原剂的性能综述
作 收煮 稿简日 期：徐祥斌，工程师，讲师，主要从事轻金属冶炼方面的研究，ｘｘｂｇｆｕｔｕｒｅ＠１６３．ｃｏｒｎ ：２０１５ 一ｌ１一Ｏ９
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徐祥 斌 等 ：热还原 炼镁 过程 中不 同种 类还原 剂 的性 能综 述
２０１６年 第 ４期
性差 等 问题 。 热力 学 计 算结 果 表 明 ，在 真 空 中用 碳 还原 氧 化
炼钢脱氧75硅铁
炼钢脱氧75硅铁炼钢脱氧75硅铁是一种常用的冶金材料，在钢铁生产中起着重要的作用。
下面，我们将详细了解炼钢脱氧75硅铁的用途、性能、生产过程以及应用前景等方面的内容。
一、炼钢脱氧75硅铁的用途炼钢脱氧75硅铁主要用于钢铁冶炼中，以同步还原法为主要生产工艺的钢铁企业中，是最主要的脱氧剂之一。
其作用是将钢液中的氧化物还原，降低钢中的氧含量，从而改善钢的结构和性能，提高钢的质量和成品率。
二、炼钢脱氧75硅铁的性能炼钢脱氧75硅铁的化学成分为FeSi75%，硅含量为72-80%，铝含量小于2.4%，碳含量小于0.2%，磷含量小于0.04%，硫含量小于0.02%。
该材料具有高的硅含量、较低的铝、碳、磷、硫含量，使其具有很好的还原性能和脱氧效果。
此外，炼钢脱氧75硅铁的颗粒度均匀，易于操作，有利于保证钢的均匀性。
三、炼钢脱氧75硅铁的生产过程炼钢脱氧75硅铁的生产一般采用炼铁高炉和电炉两种方式。
炼铁高炉法主要是采用硅铁和铁矿石还原制备出炼钢脱氧75硅铁。
电炉法则是采用冶炼炉对硅、铁、电石进行还原制备。
冶炼温度为1500-1700℃。
然后经过成品制备、检验、包装等程序形成成品。
该方法具有工艺简单、成本低、产量大的特点。
四、炼钢脱氧75硅铁的应用前景钢铁冶炼业随着中国经济快速发展，一直保持着良好的增长态势。
随着钢铁行业的进步和技术的不断更新，炼钢脱氧75硅铁也得到了越来越多的应用，目前，在钢铁行业中已成为一种重要的冶金材料。
随着国家钢铁产能过剩和环保要求的增加，炼钢脱氧75硅铁有望在未来发挥更大的作用。
总之，炼钢脱氧75硅铁是一种重要的冶金材料，在钢铁冶炼中具有广泛的应用。
了解炼钢脱氧75硅铁的用途、性能、生产过程以及应用前景等方面的内容，可以有助于我们更好地了解这种材料，为相关行业的发展提供支持。
硅热法炼镁
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 19~21CaO 30~33SiO2 < 0.5Fe2O3 < 0.5Al2O3 < 0.5Na2O < 0.5K2O <0.005Mn <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）白云石的矿物结构：一种是结晶形，晶粒细小，聚晶、格子晶格、网状结构，无一定形状，其色泽为浅灰色，机械强度大，热强度也较大。
硅铁在镁冶炼中的作用
硅铁在镁冶炼中的作用硅铁在镁冶炼里，那可真是个了不起的角色，就像一个幕后英雄，默默地发挥着巨大的作用。
我有一次去参观一个镁冶炼厂，那场面可真是让我大开眼界。
一进厂，就感觉像进入了一个钢铁巨人的世界，到处是巨大的设备和管道。
我跟着厂里的技术员来到了冶炼车间，那里有个大大的熔炉，就像一个张着大口的怪兽，正准备把各种原料吞进去呢。
技术员告诉我，镁冶炼可不是个简单的活儿，需要好几种原料相互配合，而硅铁就是其中关键的一环。
在准备原料的时候，我看到工人们把硅铁一块一块地搬到传送带上，那些硅铁看起来灰扑扑的，不是很起眼，就像一群朴实无华的小士兵。
但是啊，可别小瞧它们。
当这些硅铁被送进熔炉的时候，神奇的事情就开始啦。
熔炉里温度高得吓人，感觉就像太阳掉到里面了一样。
其他的原料在高温下开始发生变化，而硅铁就像一个神奇的催化剂。
它能降低氧化镁的熔点，你可以想象一下，本来氧化镁就像一个顽固的冰块，很难融化，但是硅铁一来，就像给这个冰块加了一把火，让它更容易变成液体。
这时候，我看到熔炉里的物质在翻滚，就像一锅煮沸的热汤，硅铁和其他原料充分混合在一起，为镁的冶炼创造了更好的条件。
而且啊，硅铁在这个过程中还能起到很好的脱氧作用。
你看，在这么高温的环境下，如果有氧气捣乱，那可就麻烦了。
氧气就像个调皮的小恶魔，会破坏整个冶炼过程。
但是硅铁就像一个英勇的卫士，它会和氧气结合，把氧气这个小恶魔赶跑，让镁能够更纯净地被冶炼出来。
我看着技术员操作各种仪器，检测着炉内的情况，他告诉我，如果没有硅铁来脱氧，冶炼出来的镁可能就会有很多杂质，质量就会很差。
在冶炼的最后阶段，硅铁还有新的任务呢。
当镁开始慢慢被分离出来的时候，硅铁能帮助调整镁的成分，让镁的性能更加稳定。
就像给镁做了一次精细的调理，让它从一个普通的“小孩子”变成了一个强壮健康的“大人”。
从这个镁冶炼厂出来后，我对硅铁的印象可太深了。
它在镁冶炼中就像一个万能的小助手，虽然没有镁那么耀眼，但却不可或缺。
硅热法镁冶炼过程镁渣的应用研究
硅热法镁冶炼过程镁渣的应用研究高利宁【期刊名称】《《工业加热》》【年(卷),期】2019(048)005【总页数】3页(P27-29)【关键词】硅热法; 镁渣; 资源利用; 技术改进【作者】高利宁【作者单位】榆林职业技术学院陕西榆林719000【正文语种】中文【中图分类】TF111作为重要的金属资源，镁及其合金产物均具有较大的强度，加之密度较小的特性，极容易被加工成各类产品，当前已经被广泛应用至交通运输、精密机械等领域之中。
基于白云石还原的方式会产生一定量的镁渣，数据表明每生产1 t 金属镁将会得到大约8～10 t 的镁渣，由于此类物质具有较强的流动性，因此会对大气造成污染，从而引发人类呼吸道疾病。
在此背景下，有必要寻求一套合理的镁渣应用方法，这既是对人类生存环境的保护，也是资源合理利用的充分体现。
1 镁渣的产生就当前的工业生产技术而言，较为高效的镁生产方法有两种。
相比于电解法而言，硅热还原法所需的生产成本更低，还原温度也较低，可以适用于各类规模的生活活动，加之还原性材料的廉价特性，因此被广泛应用于我国的镁工业中，关于其具体工艺有：将白云石（MgCO3·CaCO3）作为生产原材料，将其置于回转窑中进行煅烧处理，此过程中温度应把控在1 150～1 250 ℃，在得到粉状物质后将其与硅铁粉以及萤石粉进行混合，而后送入耐热钢还原罐中做进一步处理，此环节应将温度控制在1 190～1 210 ℃，在真空环境下便可还原出粗镁，在此基础上进行熔剂提炼以及铸锭工序后，便可得到金属镁锭[1]。
基于上述工艺方法，最终便会产生残渣，而这便是镁渣。
2 镁渣的应用研究2.1 利用镁渣研制新型墙体材料探讨镁渣在新型墙体材料中的应用，具体思路为：选取一定量的镁渣将其磨细，而后与适当比例的磨细矿渣进行混合，加之复合激发剂的作用，将会得到新型墙体材料。
基于此工艺方法，所得到的墙体材料密度较小，具有良好的强度特性，经检测后各项性能指标均符合行业内的技术标准。
光伏固废硅泥用作硅热法炼镁还原剂的可行性研究
光伏固废硅泥用作硅热法炼镁还原剂的可行性研究
冯雪楠;方华靖;邓浩;王悦存;杜超;单智伟
【期刊名称】《中国有色金属学报》
【年(卷),期】2024(34)3
【摘要】目前硅热法炼镁工艺所用的还原剂为硅铁,生产硅铁的能耗占硅热法炼镁工艺总能耗的近四分之一、其成本占总原料成本的60%以上,因此,亟需寻求新的低能耗、低成本还原剂助力炼镁工艺向绿色高效的方向发展。
本工作提出利用光伏固废硅泥替代硅铁作还原剂的设想,通过实验验证与成本核算证明了其可行性。
将干燥后的硅泥与75#硅铁分别作为硅热法炼镁工艺的还原剂进行测试,结果表明:硅泥中单质硅含量更高,且其粒径远小于75#硅铁,使得硅泥做还原剂的硅热反应还原率提升超过5%,所制备的粗镁中杂质元素含量仅为75#硅铁中的40%~80%。
用硅泥替代75#硅铁生产金属镁,每吨粗镁的还原剂成本可降低1000余元,同时伴随其他原料吨镁消耗量的下降和镁品质的提升,为生产企业带来显著经济效益。
【总页数】9页(P899-907)
【作者】冯雪楠;方华靖;邓浩;王悦存;杜超;单智伟
【作者单位】西安交通大学金属材料强度国家重点实验室;西安交通大学陕西省镁基新材料工程研究中心;西安交通大学材料科学与工程学院;隆基绿能科技股份有限公司制造事业群硅片事业部
【正文语种】中文
【中图分类】TF822
【相关文献】
1.废铝取代硅铁作还原封是热法炼镁的发展方向
2.高铝铝硅合金作皮江法炼镁还原剂的探讨
3.铝热法炼镁和半连续硅热法炼镁的理论炉渣成分计算
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5.硅热法热态镁渣干法固碳的可行性研究
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1941 年 Pidgeon 发 明 硅 热 法 炼 镁 工 艺 [1]，在 20 世纪 80 年末、90 年初，中国的硅热法炼镁企业有如 雨后春笋般建立起来， 如今已成为我国生产金属镁 的主要方法。 据镁业协会统计，2010 年我国共生产 原镁 65.38 万吨，占 世界 的 85%左 右[2]，其 中 绝 大 部 分由硅热法生产。 采用硅热法制取金属镁工艺，将 煅烧的白云石、FeSi75 硅铁(还原剂)和萤石(添加剂) 磨成粉末，按一定比例(一般为 80 ∶ 17 ∶ 3)混合压制成 球团，装入耐热钢制成的还原罐在 1432～1473 K 温 度 和 1.33～13.33 Pa 真 空 度 的 条 件 下 得 镁 蒸 气 ，经 冷凝结晶成粗镁，再经过熔化精炼浇注成镁锭。 硅 热法炼镁的反应机理可用下式表示：2 (CaO·MgO)(s) + Si(s)=2Mg(g)+2CaO·SiO2(s)，其中作为还原剂硅铁 的消耗量占总成本的 50%～60%[3]。
2 FeSi75 硅铁氧化对还原过程的影响
硅在空气中自发形成薄氧化膜， 厚度一般不超 过 1、2 nm[5]，氧化量较少，对炼镁的还原过程影响不 大。 若 FeSi75 硅铁发生氧化生成较大量的 SiO2 或 其他物质，一方面降低了还原剂硅的有效利用率；另 一方面 SiO2 薄膜会阻碍硅原子的扩散速度。 炉料中 SiO2、Fe2O3 在 还 原 过 程 中 会 与 MgO 和 CaO 造 渣 ， 降低了 MgO 和 CaO 的有效利用率[1]，所生成的炉渣 为 2MgO·SiO2、CaO·Fe2O3、2CaO·Fe2O3 等低熔点化 合物， 生成的这些低熔点化合物的炉渣会附在球团 的表面，妨碍硅和镁蒸气的扩散，减慢热量的传递， 造成未反应的残渣核，使镁的还原效率大大降低。因 此，FeSi75 硅铁若发 生氧化生成 SiO2 或 其 他 物 质 ， 对还原过程及镁的产出率极为不利。
关键词：FeSi75 硅铁； 硅热法； 氧化； 炼镁
中 图 分 类 号 ：TF803.13+2
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1001-3814(2012)06-0018-03
Research on Oxidation Characteristics of FeSi75 in Siliconthermic Process
ΔrGΘ=(-907446 + 174.01T) J·mol-1 2Si(s) + O2(g)=2SiO(g)
(2) ΔrGΘ=(-207614 - 165.84T) J·mol-1 3Si(s) + 2N2(g)=Si3N4(g)
(3) ΔrGΘ=(-745718 + 331.43T) J·mol-1 2Si(s) + N2(g) + 1/2O2(g)=Si2N2O(g)
Si
Fe
Alபைடு நூலகம்
Mn
P
S
77.1523 17.0280 0.7605 0.1106 0.0644 0.0766
18
Hot Working Technology 2012, Vol.41 , No.06
下半月出版
Material & Heat Treatment 材料热处理技术
1.2 实验方法 为了探明硅铁在不同温度下的氧化特性，取
3 结果与讨论
3.1 试样分析 硅铁合金块经破碎、磨粉后主要有两部分组成：
一是灰色粉料，二是亮白色粉料，灰色粉料为纯金属 硅， 亮白色粉料为 FeSi2 相， 且经研磨后金属硅与 FeSi2 相是完全分离的[13]。
图 1 为 FeSi75 硅铁原 料(FS)和加热 后(加 热 温 度为 1200 ℃)FeSi75 硅铁粉末(FS1200)的 XRD 图。 可看出，FeSi75 硅铁原料中的物相主要为 Si、FeSi2、 Fe0.42Si2.67，与 Fe-Si 二元系平衡相图是一致的。 加热后 FeSi75 硅铁的 XRD 图(FS1200)出 现 了 SiO2 的 衍 射 峰(在 21.64°)，说明形成新的物相主要是晶态 SiO2，没 有出现其他物相的衍射峰， 说明没有其他物质的生
Abstract：The oxidation characteristics of FeSi75 were researched by XRF, XRD , DSC-TG and thermo-dynamic analysis. The results indicate that: the main phases are Si, FeSi2, Fe0.42Si2.67 in ferrosilicon75. Si is oxidized to SiO2 when FeSi75 is heated under the temperature ranging from 298 K to 1473K in air, and the oxidation rate increases with the increase of temperature. There is no generation of nitride. The phase of FeSi2 remains constant.
材料热处理技术 Material & Heat Treatment
2012 年 3 月
硅热法炼镁中还原剂 FeSi75 硅铁的氧化特性研究
郭云春 1, 游国强 1,2, 刘 勇 1
(1. 重庆大学 材料科学与工程学院, 重庆 400045; 2. 国家镁合金材料工程技术研究中心, 重庆 400044)
1 实验材料与方法
1.1 试样准备 将 FeSi75 硅铁合金粉碎， 研磨至 220 目以下，
有关试样的制备可参阅文献[11-12]。 在进行实验以 前，用 X 射线荧光光谱仪(XRF-1800)分析了 FeSi75 硅铁的化学组成，见表 1。
表 1 FeSi75 硅铁化学组成(质量分数，% ) Tab.1 Chemical composition of FeSi75 (wt,% )
(4) ΔrGΘ=(-850571 + 230.57T) J·mol-1 3SiO(s) + 2N2(g)=Si3N4(g) + 3/2O2(g)
(5) ΔrGΘ=(-434297 + 580.185T) J·mol-1 SiO(s) + 1/2O2(g)=SiO2(g)
(6) ΔrGΘ=(-803639 + 256.93T) J·mol-1 Si2N2O(s) + 3/2O2(g)=2SiO2(s)+N2(g) (7) ΔrGΘ=(-903120 + 119.45T) J·mol-1
质 量 分 数 (%)
CPS→
Si FeSi2 Fe0.42Si2.67 SiO2
FS1200
FS 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
2θ / (°) 图 1 FeSi75 硅铁的 XRD 图 Fig.1 XRD pattern of FeSi75
成，或其他生成物质的量太少，不能被检测出来。 3.2 分析与讨论
0 200 400 600 800 1000 1200 温度 /℃
图 2 FeSi75 硅铁的 TG 曲线 Fig.2 TG curve of FeSi75
由于硅铁中含有 Si、FeSi2， 在空气气氛加热过程 中可能发生的反应如下[14-15]，相关数据可由文献[15]查出：
Si(s) + O2(g)=SiO2(g) (1)
GUO Yunchun1, YOU Guoqiang1,2, LIU Yong1
(1. College of Material Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2. National Engineering Research Center for Magnesium Alloy, Chongqing 400044, China)
图 2 为 FeSi75 硅铁的 TG 曲线。可看出，在低温 阶段(800 ℃以下)，硅铁的氧化 增重率较为 缓慢，达 到 800 ℃时试样增重率为 1.00452%；随着温度的继 续升高，氧化增重率加快，达 到 1200 ℃时试样 增重 率为 4.71394%。
105 104 103 102 101 100
摘 要：利 用 XRF、XRD 及 DSC-DT 等 实 验 手 段 并 结 合 热 力 学 分 析 ，针 对 硅 热 法 炼 镁 所 使 用 的 还 原 剂— ——FeSi75
硅铁合金的氧化特性进行了研究。 研究结果表明：FeSi75 硅铁的主要物相为 Si、FeSi2、Fe0.42Si2.67；在 298～1473K 温度内 和空气气氛中对 FeSi75 硅铁进行加热，主要是 Si 发生氧化生成 SiO2，且随温度升高氧化速率增大；FeSi75 硅铁不发生 氮化反应，没有氮化物的生成；硅铁中的 FeSi2 相不会发生变化。
20.090 mg 试样进行热分析试验，试验中以 10 ℃/min 的升温速度，在 25～1200℃升温范围内和空气气氛 下，探究了硅铁的质量变化特性。 通过考察硅铁的 TG 曲线同时结合热力学分析来研究硅铁的氧化特性。
由于热分析实验所用试样较少， 不足以再进行 物相检测， 因此本文取适量硅铁粉末在电加热炉中进 行加热试验， 实验时选取与热分析试验相同的参数， 因此硅铁最终生成的产物与热分析实验的产物相 同。 用 D/max 1200 型 X 射线衍射仪分析了其物相 组成；用差热差重综合热分析仪(METTLER 1100LF 同步热分析仪)进行物相分析。