镁冶炼工艺技术综述

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镁冶炼工艺技术综述

本文对两种镁冶炼传统工艺进行了详细介绍，同时又推介了正在研究开发中的镁

冶炼工艺，颇具意义。

文.. l苏鸿英(编译)

仝嚣

蛇改石中都含有丰富的镁，
另外，海水中也含有大量的镁，例如死
海和中国内陆湖青海湖中都含有丰富

的镁。

金属镁具有良好的机械性能和低密
度，比重为1．8，和铝相比，轻了约30％，
镁在汽车上的使用有着巨大应用潜力。

近年来全球镁工业迅速发展，特别
是中国原镁产量快速增长，2007年全球
原镁产量为77．3万吨。2008年中国原镁
产量占到全球原镁总产量的85％，为应
对全球气候变化和节能减排，镁冶炼工
艺技术备受全球关注。

目前，镁冶炼工艺技术有两种，即镁
电解冶炼工艺技术和硅热还原工艺技术，
后者也就是国内采用的唯一的镁冶炼工
艺技术—.. —皮江法工艺技术。

镁电解工艺技术
整个电解过程分为六个阶段：(1)

原料供给.. }(2)MgC1：制备；(3)MgC1
的净化和脱水；(4)MgCI电解分离产生
液态镁和氯气；(5)处理氯气作为内部生
产过程回收和外部应用；(6)铸造纯镁和
镁合金锭。

原镁生产用的原材料见表1。..

MgC1：含水就必须要进行脱水，脱水
过程本身就很困难，主要是反应激烈。水

30世界有色金属20
009年第7期

的分解电势为1．8伏，MgC1：的分解电势
在2．-_伏之间，在Mg 2

628CI分解之前水
就会分解，这造成了能源损失和对电解
槽的损害。化学反应式如下：..
MgC1‘H2C1。H2H2g

26O—Mg22O+40()
MgCI22H2—.. +HCIg

’O MgOHCI()
+H2O(g)
MgOHC1一MgO+HCl(g)
脱水技术有两种：
第一种技术包括部分脱
水，有碳介入的一个氯化过程：..

2M gO+C+2C12—.. 2M gCI2+CO2

第二种技术由Amundsen注册专
利通过氯化镁六氨络合物和其晶体
热分解生成MgC1和氨气，然后再对

表.. 1原镁生产用的原材料
原材料化学分子式.. Mg含量(wt％)
白云石.. MgCO3·CaCO3 1319
镁砂.. MgCO3 288
光卤石.. MgCl2·KC1．6H20 875
水氯镁石.. MgCI2·6H20 1
1196
蛇纹石尾矿.. 3MgO·2Si02·2H20 2633
死海海水.. Mg 42
海水.. MgCI2 013

MgC12脱水。

镁电解工艺技术通常工作温度约为..
700℃，主要由馈电给电解槽的电能来监
控，但在一些先进的工艺技术里也有采
用特殊装置来监控，例如热交换器放在
液态电解液中。..

MgC1分解理论上能耗值约为7千
瓦时／千克镁，但是实际上明显需要理论
值的两倍才可以，这表明有接近50％电
能馈电给电解槽并转化热能。考虑到能
源，仍存在着改进现有电解槽能源效率

的明显潜力。

电解槽使用的电解液应具有低

电阻
来改进电解槽电流效率，由于MgCI：相对
低导电性，～般MgC1浓度在电解液中为..
8％～25％之间，另外电解液要相对重一
些以保证所生成纯镁和电解液之间的分
离，并使纯镁浮在顶部。

镁电解工艺技术的生产原理相似，
但是其工业生产技术却不尽相同，目前
镁电解工艺技术有：(1)Dow镁工业生
产技术；(2)Hydro镁工业生产技术；(3)
us镁工业生产技术；(4)Magnola镁工业
生产技术；(5)Avisma／死海镁工业生产
技术；(6)澳大利亚镁业公司镁工业生产
技术。下面简单介绍Dow镁工业生产技
术和Magnola镁工业生产技术。..

1．Dow镁工业生产技术
以白云石和海水为原材料，煅烧白
云石生成CaO·MgO和CO2，即..
MgCO3’CaCO3一CaOMgO+CO2(g)
CaOMgO+H2O(海水)一Ca(OH)2


TehooqiltI

cnlgu&EupnB]技术与装备

。一

Mg(OH)2

Mg(OH)：过滤并去除杂质..

Mg(OH)2+2HC1—MgCI2+2H2O

所得MgCI按35％～73％进行部分

脱水送至电解槽，生产镁和氯气。电解效

率为18～.. 19千瓦时／千克镁，石墨消耗

为.. 100克／千克镁。..

2．.. goa
Manl镁工业生产技术

利用蛇纹石尾矿作为原材料，用..
HC1浸出生成MgC12、H2O和CO2，然后..
MgC1：净化提纯，采用流态化床干燥技
术进行脱水，采用了多极电解工艺技术，
利用优质氯化器进行氯化处理，这一技
术的最终电效率为.. 1O．5-11．5千瓦时／千
克镁。和Dow镁工艺技术相比，电效率
可以提高约40％，其劣势是该工艺技术
相对复杂，要求电解液中MgO含量非常

少才可以。

镁硅热还原工艺技术
镁硅热还原工艺技术可以分成三
个类型：硅热、碳热和铝热还原工艺
技术。
最典型和最常用的镁硅热还原工艺
技术是众所周知的皮江法工艺技术，也
是国内目前唯一采用的镁冶炼工艺技术，
这一技术发明者是加拿大化学家Lioyd

M．Pidgeon先生。
镁从煅烧白云石(MgO·CaO)
图1 Dow镁业公司—.. —电解生产流程图..

图2 MagnoIa电解生产流程图

图3硅热—.. —皮江法炼镁工艺流程图

和硅铁(FeSi)之间的反应产
生，即.. 2MgO ‘CaO(S)+FeSi(s)

一..

2Mg()CaSO+e

g+2iF。皮江法的反应是
在真空状态下的蒸馏缸里(P~1mmHg)
进行，温度在.. 1
1150℃~120
00oC范围内。

一

批料的生产周期约为8小时，产出约..
14-23千克镁晶冕。近年中国皮江法镁
冶炼技术不断改进，使白云石消耗下降..
30％，硅铁消耗下降26％，煤消耗降低超

过.. 5O％。..

Magnetherm工艺技术和.. Bolzano
工艺技术一样，是一种较大规模的皮江
法工艺技术，每批料生产3~8吨镁，生
产周期在16～24小时之间，生产.. 1千克
镁需要6千克煅烧镁(白云石)和.. 1．1千
克硅镁。..

Bazn

lao镁生产工艺技术的镁产
能每批料生产镁约20吨，生产周期在

表2镁硅热还原工艺技术

硅热还原工艺碳热还原工艺铝热还原工艺
技术技术技术
皮江法焦碳工艺技术..
(Pidgeon)
Magnetherm CaC2工艺技术.. Heggie工艺
技术

B 碳化氢气体..

oIZano工艺技术..

20~24小时，反应器在真空状态下进行..

(<3mmHg)，温度为.. 1200℃。

正在研究开发中的镁冶炼工艺技术

全球镁工业的迅猛发展受益于科学

技术的发展和创新，新的镁冶炼工艺技

术也在研究开发之列。..

1．南非热法镁冶炼工艺技术
南非MINTEK热法炼镁工艺技术..
(简称MTMP工艺技术)的中间试验厂已

经获得成功，正在准备新建示范厂和进一

步扩大到工业生产中去。新工艺技术由..

MINTEK公司和英美公司ESKOM公司

共同研究开发，进行了五年的科研工作，..

MIK公司直流电弧炉熔炼技术在全

NTE

球处于领先地位，正是这一技术促成了

镁冶炼新工艺技术。

热法炼镁工艺技术从煅烧白云石中

获得镁蒸气，经过冷凝在冷凝器中形成

镁液，为连续生产，在常压下排放镁液并

从炉中除渣，所以劳动生产率高，在投资

和生产成本上具有明显优势。

2加拿大朱里阿尼镁冶炼工业技术

加拿大多伦多大学冶金工程博士朱

里阿尼先生成功开发出全球领先的镁冶

炼工艺技术，从白云石中生产金属镁。目

标是降低镁金属生产成本，采用了原来法

国普基公司和美铝的镁生产技术，强化

传统硅热技术，在不采用真空状态下就

能改进镁回收率和硅还原率，降低能耗，
最终降低投资风险、扩大产能，满足市场
需求，但投入工业生产还有一段路要走。

以上两种镁冶炼新技术都是硅热一
皮江法的延续，但主要优势是不在真空

状态下进行连续生产，大大降低了投资
成本和生产成本，有着明显的开发潜力

和竞争优势。四..

2o
oo9年第7期世界有色金属.. 31