我国硅热法炼镁发展中值得重视的几个问题

・镁钛工业硅・

我国硅热法炼镁发展中值得重视的几个问题

徐日瑶,刘宏专(

中南大学,湖南长沙410083)

摘要:硅热法炼镁在我国发展速度是较快的,2004年前我国硅热法炼镁的产能已接近50万t/a,实际产量已达到35.

4万t/a,目前国内某些地区根据其资源与经济实力,拟较大规模的兴建硅热法炼镁厂。本文提出在兴建硅热法炼镁

厂时,必须重视对炼镁原料(白云石、硅铁);燃料与动力(煤炭与电力);建厂规模及生产设备组合;产品种类;原材料的

加工(硅铁、熔剂、还原罐)及残渣的综合利用以及环境保护等问题的考虑,以使新建的镁厂具有最先进的生产技术,最

低的生产成本,最优的产品质量,最大的经济效益,良好的绿色环境。

关键词:硅热法炼镁;发展;问题

中图分类号:TF822　文献标识码:A　文章编号:10021752(2005)10004404

Several Issues of Silicothermic Process

for Magnesium R eduction Development in China

XU Ri-yao,L IU Hong-zhuan

(Central South University,Changsha,Hunan,410083)

Absract:Silicothermic process for magnesium reduction develops very fast in China with magnesium capacity approaching500kt/a and actual productivi2 ty redaching354kt/a in2004.At present time,magnesium smelters adopting silicothermic process are going to be built in a large-scale in some regions in China based on their resources and economic strength.The article recommends that several issues must be fully considered during building magnesium smelters with silicothermic process,such as raw materials(dolomite,silica),fuel(coal)and power,smelter scale and equipment arrangement,product kinds,processing of raw materials(silica,melting agent and reduction pot),comprehansive utilization of residual slag and environment protection,etc.so that the newly-built magnesium smelters can possess the advantages of most advanced procuction technology,lowest production cost,best product qual2 ity,maximum economic benefit and better green environment.

K ey w ords:silicothermic process for magnesium reduction;development;issue

20世纪70年代我国硅热法炼镁进行了工业试生产,80年代中期大规模地实现了工业化,迄今已有20年了。目前我国镁的工业生产方法基本上没有电解法,而硅热法镁厂从几家到数十家到数百家,镁厂的生产规模从年产几百吨到数千吨、到万吨级。我国硅热法炼镁厂的建设,由于镁价的变化,原材料价格的上涨,以及能源消耗量大等问题,也经历了兴衰的阶段,到现在我国有硅热法炼镁厂近150家,产量为35.4万t/a,设计产能达50万t/a,按理说,我国硅热法炼镁厂的建设,在目前应处在稳中求发展的阶段,不能再像20世纪90年代,只要有煤、有白云石资源就建成厂,这样的发展是属于无计划的,是应该制止的。这里提出如下一些问题,望欲建设硅热法炼镁厂的单位加以重视。

1　硅热法炼镁的原料和燃料

硅热法炼镁的原料有白云石、硅铁;燃料有无烟煤、烟煤、天然气与用煤转化的焦炉煤气、水煤气、热煤气以及水煤浆等。这些原料与燃料,它们都有自己的物性,而对于硅热法炼镁来说,它们的哪些物性才能适合于硅热法炼镁,是最好、最经济的、是值得采用的,不要以这种观点“只要有白云石、有煤”就可建立硅热法镁厂,这种观点是不全面的,也是不正确的,上述这些原料与燃料必须符合如下要求。

1.1　白云石

从白云石岩矿来说,它没有原生矿,不能在海水中沉积出来,地壳原生沉积的白云岩是CaCO3沉积物成岩过程中,发生了沉积层内物质的重新分配,在成岩过程中矿物转化释放出Mg2+交代Ca2+而形成的。因此白云石的质量就取决于成岩时原生CaCO3沉积物的质量,其化学成份与矿物结构也就以沉积物的质量为转移,也就是说,不是所有的白云石都适用于硅热法炼镁,适用于硅热法炼镁的白云石的质量为:

⑴白云石的矿物结构有细晶粒与粗晶粒两种。细晶粒的白云石无一定形状,属聚晶,网状结构,这

收稿日期:2005-03-20

种白云石,其热强度、硬度比较大,不容易破碎,破碎时粉化小;粗晶粒的白云石,晶粒分散,有一定形状,呈菱片状,有解理面,属于六方菱形结构。这种矿石其热强度、硬度比较小,易破碎,破碎时粉末多。这二种白云石通过差热分析试验表明:细晶粒的白云石,加热分解时吸收的热比粗晶粒白云石小,由于细晶粒白云石为不定形结晶,晶格能量小,分解时吸收的能量也比较小;而粗晶粒的白云石为六方菱形结晶,其晶格有规律的排布,晶格能就高,分解时所需的能量也高。细晶粒的白云石热强度大,煅烧时不易热裂,能保证煅白的质量。而粗晶粒的白云石,热强度小,煅烧时易从解理面产生热裂,使煅白粉碎,因此从矿物结构来说,粗晶粒白云石不能作为热法炼镁的原料。

⑵细晶粒与粗晶粒的白云石在化学成份上没有明显区别与差异。其化学成份都能达到热法炼镁的要求,即:MgO19～21%;CaO30～33%;Fe2O3+ Al2O<1.0%;SiO2<0.5%;Mn0.005%;K2O+ Na2O<0.01%;烧损率>46.5%。

由此表明,白云石的质量,尤其是白云石的矿物结构是非常重要的。因此适用于硅热法炼镁的白云石,必须是化学成份合格,矿物结构属于细晶粒、聚晶、网状结构的白云石。而六方菱形结构的白云石,不适用于硅热法炼镁。

1.2　硅铁

硅热法炼镁采用硅铁作为还原剂,那么硅铁的品位是非常重要的。根据Fe-Si合金相图表明,低品位的硅铁(含Si45%)是由FeSi和FeSi2组成,含Si62%的硅铁是由FeSi2和Si(游)组成,但Si(游)含量很低,仅占5%左右,因此反应性很低,而75%Si的硅铁,虽然也是FeSi2和Si(游)组成,而FeSi2的含量可达57.5%,Si(游)的含量可达42.5%,就具有较大的反应性。在Fe—Si合金相图中,Fe3Si2和FeSi是没有反应性的,FeSi2的反应性也很小,只有Si(游)才具有较大的反应性。因此在实际生产中只有提高硅铁的品位超过75%Si,才能提高Si(游)的含量,所以选用75～78%Si的硅铁作为还原剂,才能使硅铁中的Si(游)>50%,才能使还原反应具有较大的反应速度,才能提高镁的还原效率。含75%Si以下的硅铁如:含72%Si,68%Si等硅铁不适用于硅热法炼镁,但是在工业上也不采用80%Si以上的硅铁作为还原剂,因为80%Si以上的硅铁,镁的还原效率与75～78%Si硅铁的还原效率相差不大,而且80% Si以上的硅铁生产较难,在细磨加工时容易氧化,对还原反应不利。

1.3　燃料

用于硅热法炼镁的燃料有煤(无烟煤与烟煤)或转化为水煤气(水煤气,焦炉煤气,蒸气-空气发生炉煤气),天然气和水煤浆等,作为硅热法炼镁的燃料,除天然气外最好采用水煤气和焦炉煤气,不采用煤作为燃料而采用焦炉煤气和水煤气,不仅是从热值来看,更重要的是环境保护问题。

用煤生产水煤气和焦炉煤气的工艺不复杂,而且是成熟的生产工艺,表1为天然气,焦炉煤气,水煤气,蒸气-空气发生炉煤气的组成及其发热值。

由表1表明,煤气的热值除天然气外,焦炉煤气与水煤气的发热值还是比较高的。根据国内一些镁厂采用水煤气作燃料,生产1t金属镁,水煤气的耗量为:22000Nm3。而用煤造气,1t煤可造气3Nm3甚至达到3.5Nm3,那么折算煤的消耗量为6.3～7. 3t/t.Mg,如果采用焦炉煤气作为燃料,其消耗量更低,而硅热法炼镁的还原炉如果直接烧煤,那么吨镁煤耗量在8～9t,因此硅热法炼镁采用的能源-燃料,不应是煤,而是将煤转化的水煤气或焦炉煤气,这是非常重要的。

表1　几种煤气的组成及发热值

position and Calorific Value of Several K inds of G as

煤气种类

煤气的平均组份,%

CO2+H2S O2CO H2CH4C m H m N2

发热值

103K J/Nm3

天然气0.1～20～285～970.1～0.4 1.2～433.5～38.52焦炉煤气02～30.7～1.24～853～6019～25 1.6～2.37～1315.5～16.75水煤气5～70.7～1.235～4047～520.3～0.62～610.05～10.72蒸气-空气

发生炉煤气

5～70.1～0.324～3012～400.5～30.2～0.446～55 4.82～6.49

2　建厂规模及生产设备的组合

2.1　建厂规模

硅热法炼镁厂只要原料(白云石、硅铁),燃料选准与确定后,建厂规模可以是年产数千吨和万吨级的规模,不一定非要建一个数万吨级的镁厂,只要离原料与燃料基地较近运输方便,价格便宜,质量较好就行。所谓万吨级的规模,无非是分期建设。但是