原镁生产方法

第二章 原镁生产方法
❖ 熔盐电解法 ❖ 热还原法
目前世界镁产量电解法占60 % ， 热还原法占40 %.
据统计，中国目前现有原镁生产企业 100余家，其中年生产能力3000吨规模以 上的有22家，1000-2000吨有50余家。民 和镁厂是我国目前唯一正在生产的电解 法镁厂，总产能7000t/a 。其它企业均采 用硅热法生产，生产企业数量多，小而 分散，技术落后，环境污染严重。可见 国内镁行业存在严重的结构性矛盾，急 需进行产业结构调整和升级。
太华建立了一个以硅铁还原白云石炼镁的实验工 厂，并取得成功，成为炼镁的第二大方法。为了 纪念这位科学家的卓越成就，特命名为“皮江 法”;又由于用硅铁作还原剂高温炼镁，故又称为 “硅热法”。
硅热法主要反应
MgCO3·CaCO3=CaO·MgO十2CO2
▪ 2(CaO·MgO)+Si = SiO2 ·2CaO+2Mg
限制镁合金广泛应用的主要问题
❖ 由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中 极容易氧化燃烧，因此，镁合金的生产难度很大；
❖ 镁合金的生产技术还不成熟和完善，特别是镁合金 成形技术有待进一步发展；
❖ 镁合金的耐蚀性较差； ❖ 现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制
了镁合金在高温（150～350℃）场合的应用；镁合 金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一 步提高； ❖ 镁合金的合金系列相对很少，变形镁合金的研究开 发严重滞后，不能适应不同应用场合的要求。
3.1 合金化强化
合金化强化的关键就是选择合适的合金元素。 考虑到镁的合金化一般都是利用固溶强化、析出强 化和弥散强化来提高合金的常温和高温力学性能， 因此其合金化设计应从晶体学、原子的相对大小、 原子价以及电化学因素等方面进行考虑。选择的合 金化元素应在镁基体中有较高的固溶度，并且随温 度变化有明显变化，在时效过程中合金化元素能形 成强化效果比较突出的过渡相，除了对力学性能进 行优化外，还要考虑台金化元素对抗蚀性、加工性 能及抗氧化性能的影响。
第三章 镁的强化处理
工业纯镁的室温塑性很差，如纯镁单晶体的临界 切应力只有4.8～4.9MPa，此外，纯镁多晶体的强度 和硬度也比较低，不能直接用作结构材料。通过一定 的Βιβλιοθήκη Baidu化处理过程后，镁的力学性能会得到大幅度改善。 国内外在镁及其合金的强化方面进行了大量的研究， 并取得了积极的成果。
目前已应用于镁合金的强化处理方法主要有合金 化强化、热处理强化、复合强化和细晶强化。在这些 强化处理方法中，以合金化强化为最基本、最常用和 最有效的强化处理方法，其他方法均建立在合金化强 化的基础上。
所得镁锭还可用升华精炼法、电解精炼法、区域 熔炼法等进一步制得纯度更高的镁，以供特殊用 途。
镁合金
镁合金是实际应用中最轻的金属结 构材料，但与铝合金相比，镁合金的研 究和发展还很不充分，镁合金的应用也 还很有限。目前，镁合金的产量只有铝 合金的1％。镁合金作为结构应用的最大 用途是铸件，其中90％以上是压铸件。
熔化—精炼—铸锭后即为成品。
粗镁的精炼
电解法和热还原法生产的粗镁中还含有少量的金 属和非金属杂一取多采用熔剂精炼法进行精炼。
精炼的工艺过程为：首先把粗镁放人坩埚中熔化 成镁液，然后加熔剂进行精炼，同时不停地搅拌， 使熔剂和镁液充分接触。精炼后，要静置30min 左右，使金属杂质、非金属杂质和残留熔剂沉入 坩埚底部。最后浇铸成镁锭或其他产品。
将Mg(OH)2 煅烧得到MgO， MgO 与 焦炭混合制团，用电解槽产生的氯气 氯化，得到无水氯化镁。
工艺流程见图2-3。
2.2 热还原法
热还原法炼镁就是利用某种还原剂，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。
▪ 热还原法炼镁中，硅热法炼镁（皮江法）占有优
势地位
▪ 1941年加拿大多伦多大学教授皮江(Pidgeon)在握
硅热法工艺流程
(1) 白云石要经过煅烧，由碳酸盐变为氧化物，即 MgCO3·CaCO3=CaO·MgO十2CO2↑
(2) 按煅烧白云石：硅铁：萤石粉＝80％：17％：3％ 的比例配料，经磨粉、压球后，送还原炉内进行 还原。还原温度为1200℃，真空度小于0.1mmHg。 其反应式为：
2(CaO·MgO)+Si(Fe) = SiO2 ·2CaO (Fe) +2Mg↑ (3)镁蒸气经冷凝器冷凝为粗镁，再经
8、导热率高仅次于铝合金。
9、无毒，无磁性。
10、耐印痕性，镁合金与其它物体冲撞时，产生的 印痕比铝和钢小。
11、极高的压铸生产率，尺寸收缩小，并且具有优 良脱模性能，可采用最小的出模斜度。
12、良好的低温性能，在摄氏-190度时仍具有良好 的力学性能，可制作在低温下工作的零件。
13、具有超导性能和储氢性能。
2.1.2 以卤水为原料的炼镁工艺流程
用盐湖卤水制取MgCl2相对简单，将 卤水浓缩、提纯、脱水后，即可用于电 解。工艺流程见图2-2。
2.1.3 以海水为原料的炼镁工艺流程
用石灰乳沉淀Mg(OH)2；用盐酸处理 Mg(OH)2；制得MgCl2 溶液；MgCl2溶 液提纯与浓缩；电解含水氯化镁 MgCl21.5H2O
第一章 绪论
镁合金材料具有如下特点
1、重量轻，是铝的2/3，钢铁的1/4。 2、比强度和比钢度高，均优于钢和铝合金。 3、电磁屏蔽性能较好，既是优异的导体，又具有高 于无电解电镀的塑料的优异的电磁屏蔽性。 4、吸震性好，有利于减震和降噪。 5、可回收性能好，符合环保要求。 6、极好的切削加工性能。 7、尺寸稳定性高，在摄氏95度以下，即使长时间持 有，也基本上看不到变形，其尺寸稳定性优异。
2.1 熔盐电解法
MgCl2=Mg+Cl2
电解法炼镁的原料主要有海水、盐湖 卤水、菱镁矿、光卤石等，这些原料最终 都 解要 法变中M成gMCgl2C的l2制，备才是能十进分行重电要解的。工因序此。电
2.1.1 以菱镁矿为原料的炼镁工艺流程
图2-1是我国按菱镁矿生产镁的工艺 流程，流程的特点是菱镁矿颗粒氯化， 氯化镁熔体采用MgCl2-NaCl-CaCl2-KCl 四元系电解质电解，电解温度为720℃。 电解质中MgCl2含量为8％