金属镁

电解法炼镁
• 电解法生产金属镁的方法很多，均以氯 化镁为原料电解生产金属镁。这里就以海 水炼镁工艺为例看看电解法炼镁的工艺。 如附Ⅱ。以海水为原料，从海水中提取 MgCl2,在加石灰石后作为氢氧化物沉淀出 来，又溶解于盐酸中，随后溶液浓缩和干 燥，然后在MgCl2还没有完全脱水时就停止 了，这样的MgCl2用作电解的原料。
商品合金锭 送熔剂厂回收
金属镁除尘（皮江法炼镁）
• 目前，国内皮江法炼镁的厂家多，工艺 落后且大多数除尘环保设备达不到除尘要 求。随着我国环保要求的提高，这些工厂 都会面临停产或安装及增加除尘设备。只 要金属镁行业利润可观，这些工厂就会选 择安装及增加除尘设备。因此金属镁除尘 还是有一定的市场前景的。
附Ⅰ 皮江法炼镁工艺流程
萤石粉
白云石
硅铁
破碎
破碎
燃料
煅烧
烟气
除尘
煅白 磨粉
烟囱
压团 燃料 烟气 烟囱
磨粉
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还原
渣
结晶镁
抽真空
精炼
铸锭
镁锭
硅热法炼镁的设备
• 皮江法炼镁年产5000吨金属镁主要设备 配置为 400X600鄂破机、250X1000细碎机、 2.5X40回转窑、2X20米冷却机、 MQG1.83X7米球磨机、MQG1.5X5.7球磨 机、MG1725煤磨机、HL300斗式提升机、 煤气发生炉2.5米、压球机、竖式预热器、 GX400螺旋输送机 、还原罐、精炼坩埚等。
电解铝除尘
电解铝除尘
• • • 铝电解工艺流程 电解铝工业的烟气来源 电解铝治氟工艺技术
铝电解工艺流程
现代铝工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解 法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳 素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流 电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上 进行电化学反应，即电解。化学反应主要通过这 个方程进行：2Al2O3=4Al+3O2。阳极：2O2ˉ4eˉ=O2↑；阴极:Al3++3eˉ=Al。阳极产物主要是 二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟 化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类 健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体 和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过 真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉 内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯. 型材等。
制取金属镁工艺的简介
• 目前，世界上生产镁的方法有两种，即电解 法和硅热还原法。电解法是将含氯化镁的原料提 纯为无水氯化镁或将含镁原料转化无水氯化镁， 在熔融状态下电解出金属镁。电解法按原料和制 备无水氯化镁的方法分类，主要有菱镁矿氯化电 解法、光卤石脱水电解法、卤水脱水电解法和氧 化镁成球氯化电解法。电解法按槽型可分为老式 有隔板电解槽和新式无隔板电解槽。按照生产关 联方式又可分为单纯产镁企业和镁钛联营企业。 电解法的特点是易于实现规模化生产，生产效率 高，采用新技术的企业环保指标也相对较好。只 是工艺流程较长，技术较复杂，投资成本也相对 较高。
镁的国内外工业情况
• 近十年来，世界镁工业的发展发生了重大变化。2000 年前，世界上能生产金属镁的国家只有15个，除中国外只 有22家企业。其中电解法镁厂12家，硅热法镁厂10家， 总产能52.1万吨。主要生产厂家位于北美和欧洲，其镁产 量约占世界总产量的80%以上。主要产镁国为美国、加拿 大、挪威、俄罗斯和乌克兰等。但是至2000年起世界镁产 量结构出现了重大变化。在以中国为首的亚洲国家镁产量 快速增长，镁产品出口规模急剧扩张的情况下，北美和欧 洲国家镁企业不得不选择退出或大幅度缩减镁产量。目前， 北美和欧洲国家的镁产量已降至世界镁产量的20%左右， 亚洲国家的镁产量则增至世界镁产量的77%左右。 • 中国镁产量自1999年首次突破10万吨后即摆脱了徘徊 不前的局面，开始持续、快速的增长。中国镁产量占世界 镁产量的比重也迅速由30%左右提高到70%左右。中国镁 产量在世界镁产量中所具有的垄断地位已经加强，中国镁 工业主导世界镁工业的局面已初步形成。
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皮江法炼镁除尘主要处理的烟尘及配置设备。 1．回转窑窑头烟囱和窑尾出料口烟尘。除尘需要 配置余热锅炉、高温布袋除尘器、风机等。 2．球磨机、压球机、破碎机的进出料口处的粉尘。 除尘需要配置脉冲袋式除尘器、风机等。 3．出镁、扒渣时产生的烟尘。除尘需要配置中温 脉冲袋式除尘器、风机等。 4．精炼炉、铸锭机生产中产生的烟尘。除尘可配 置脉冲布袋除尘器、风机等。 5．如有硅铁车间，硅铁炉的烟囱及出铁口烟尘。 除尘需要配置冷却器、双级旋风除尘器、高温布 袋除尘器、风机等。
海水
CaCO3 煅烧
消化
水
反应
石灰乳
Mg(OH)2
中和
盐酸
浓缩
热风（650℃）
澄清
过滤
浓缩
蒸汽间接加热
多层炉脱水
MgCl2.1.5H2O
电解
Cl2+H20
附Ⅱ 海水炼镁工艺流程图
金属镁
电解法炼镁的设备
• 电解法炼镁的主要设备是电解槽。镁电 解工业生产以来，在电解槽结构上出现了 较大变化，由简单的无隔板槽到带有隔板 的底插阳极、旁插阳极和上插阳极电解槽， 电解过程的生产指标明显改善。20世纪中 期，工业上又出现了新型的大电流的无隔 板电解槽。
• 2.4四氟化碳以及微量四氟化硅、氮化物和碳基铁等。 烟气中的四氟化碳大多是由于阳极效应时析出的初生 态氟与碳素阳极互相作用而生成的或者是氟氧络合物热分 解而生成。 烟气中的四氟化硅量极微，并不是产生的不多，而是 由于四氟化硅具有极易水解的特性，一遇到水分立即变成 二氧化硅和氟化氢。四氟化硅主要来源于阳极和电解原料 所含的少量硅杂质。 烟气中微量氮化物是在电解条件，由于某些杂质金属 催化作用使得空气中的氮与氧或电解质成分发生反应的结 果。 生产中因为各种生产工具直接接触电解质，特别是上 插自焙槽的裙式集气罩，长期受电解质侵蚀作用，以及原 料带入少量氧化铁杂质，都可能会生成极微量的Fe(CO)4, Fe(CO)5和Fe(CO)9等碳基铁化合物。 • 2.5自焙槽的烟气中含大量沥青挥发物 自焙槽烟气中的沥青挥发物是阳极糊在烧结的过程中 随温度的升高而逐渐析出的。
镁的用途
• 2.1 作为生产难熔金属的还原剂。如生产稀有金 属钛、锆等，镁还可做生产铍、硼的还原剂。 • 2.2 镁在铝合金中的应用。铝合金中增加镁，使 合金更轻，强度更高，抗腐蚀性能更好，因此它 广泛应用于航空、船舶及汽车工业、结构材料工 业、电子技术、光学器材、精密机械工业。 • 2.3 镁在球墨铸铁和钢中的应用。镁在球墨铸铁 中起着球化的作用，使铸件强度延展性更高。生 铁中加镁，可使铁中鳞片状石墨体球化，生铁的 机械强度增加1-3倍，它的液态流动性增加0.5-1.0 倍。 • 2.4 镁在钢铁脱硫中的应用。镁用于脱硫，不仅 改善了钢的可铸性、延展性、焊接性和冲击韧性， 而且降低了结构件的重量。
电炉特性 容积/Kg 功率/KW 生产能力/Kg· h-1
电能消耗/KW· h· Kg-1
坩埚电炉 50-1000 20-60 50-180
反射炉
1000-12000
感应电炉 100-1500
107-550 220-400 300-1000
1.0-1.3 0.5-0.8
3-4 3-5 50 5-6 8-10 8-9个月
金 属 镁
金属镁
• • • • 简介 金属镁的制取 镁合金的制备 金属镁除尘（皮江法炼镁）
简介
• • • 镁的性质 镁的用途 镁的国内外工业情况
镁的性质
• 镁属于元素周期表上的IIA族碱土金属元素。具有银白 色光泽，略有延展性。镁的密度小，离子化倾向大。 镁 的密度为1.738 g/cm3 熔点为650.0 ℃沸点为1170.0 ℃。 • 在空气中，镁的表面会生成一层很薄的氧化膜，使空 气很难与它反应。镁和醇、水反应能够生成氢气。粉末或 带状的镁在空气中燃烧时会发出强烈的白光。在氮气中进 行高温加热，镁会生成氮化镁（Mg3N2）；镁也可以和卤 素发生强烈反应；镁也能直接与硫化合。镁的检测可以用 EDTA滴定法分析。 • 镁具有比较强的还原性,能与热水反应放出氢气，燃烧 时能产生眩目的白光，镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生 作用，也不受苛性碱侵蚀，但极易溶解于有机和无机酸中， 镁能直接与氮、硫和卤素等化合，包括烃、醛、醇、酚、 胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地 或者根本不起作用。镁能和二氧化碳发生燃烧反应，因此 镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。
• 2.5 镁合金构件的应用。因为镁合金密度小，强 度高等优点，在汽车、摩托车和自行车制造上已 经越来越多的使用镁合金构件。 由于通过采用降低电位实现控制电化学腐蚀 技术，镁牺牲阳极合金已广泛应用于油气管道、 城市供水、供气管道、储罐的阴极保护，以及码 头钢棒、混凝土基础、水工闸门等接地材料的电 化学保护和船舶的阴极保护。 • 2.6 作为高储能材料。镁在常温下大约250℃和 氢气作用生成MgH2,但在低压或稍高温度下又能 释放氢，故具有储氢的作用。MgH2较一般金属 氢化物储能高，所以镁可以作为高储能材料
0.4-0.6
煤气/m3
金属烧损/%
熔剂消耗（占金属质量）/%
2-3 2-3 250
坩埚熔炼次数
熔剂
原镁
各种金属元素Al、Mn、Zn、Be、Zr
预处理 熔炼 熔剂组分调整 合金熔体 预处理加工
除杂
除杂剂
精制合金熔体
SF6或硫磺粉
铸型
残存在坩埚中的熔渣
合金锭
冷却
水及酸
表面处理
破碎
热风干燥
包装
附Ⅲ 熔炼镁合金的生产工艺流程
电解铝工业的烟气来源
• 2.1氟化物 电解铝生产中主要有害成分是氟化物，主要有两种形 态。一是固态氟化物，包括电解质挥发、氟化铝升华的凝 聚物和含氟的粉尘。固体氟化物来源于电解质挥发、氟化 铝升华以及含氟粉尘的飞扬。另一种是气态氟化物，它由 氟化盐水解产生的，主要成分是氟化氢，其次是四氟化碳、 四氟化硅。 • 2.2硫化物 铝电解烟气中的硫化物主要来源于阳极、氧化铝相氟化 盐。制备阳极的石油焦含硫0.5%-1.5%,沥青焦含硫0.5%， 粘结剂含硫大约0.8%。生产1t铝由阳极带入的硫总量约为 3.3-7.1Kg。在电解过程中，可能会生成二氧化硫、硫化 氢和二硫化碳。 • 2.3二氧化碳和一氧化碳 铝电解烟气中二氧化碳和一氧化碳是电解过程的阳极 气体产物。如阳极气体中CO和CO2分别占60%-70%和 30%-40%。
金属镁的制取
• • • • • • 制取镁的原料 制取金属镁工艺的简介 硅热法炼镁 硅热法炼镁的设备 电解法炼镁 电解法炼镁的设备
制取镁的原料
• 目前世界上炼镁的原料主要为菱镁矿、 白云石、光卤石、蛇纹石、海水和盐湖。 白云石储量巨大，分布广泛是硅热法炼 镁的原料。菱镁矿、光卤石及蛇纹石都被 用作电解法炼镁。海水和盐湖水也是电解 法炼镁的主要原料。
镁合金的制备
• 熔炼镁合金的生产工艺流程如附Ⅲ。以金 属镁锭为原料和需要配置的其他添加金属 一起加到熔炼炉里在熔炼熔剂的作用下熔 炼得到金属镁合金熔体，在铸型后便可作 为镁合金商品。 • 熔炼镁合金的主要设备是熔炼炉，有坩埚 电炉、反射炉及感应电炉三种。下表为几 种熔炼炉的特性。
几种熔炼炉的特性
硅热法炼镁
• 硅热法炼镁的基本原理是将硅铁与煅烧过的白云 石矿石混合，并压成小块，装入钢蒸馏瓶内，在 一定温度和真空条件下，硅还原氧化镁生成金属 镁蒸汽，再经冷凝得到结晶镁。 • 硅热法生产金属镁主要有皮江法、马格尼特法和 波尔萨诺法。目前硅热法炼镁主要使用皮江法， 因此就以皮江法为例看一下硅热法的工艺。如附 Ⅰ。皮江法炼镁是以白云石为原料，经过煅烧得 到煅白(CaO· MgO),然后在外加热的耐热钢还原罐 内于固态下加萤石粉催化用硅铁还原煅白制取金 属镁。
硅热还原法则是在高温下利用硅铁还原煅白 （白云石煅烧后的产物）制取金属镁，简称硅热 法。硅热法按还原炉不同，又分为半连续法和皮 江法。法国研制成功的半连续法还原炉，还原炉 操作采用计算机控制。皮江法则起源于加拿大， 皮江法虽然有工艺简单、投资成本低、易上马的 优势，但也有规模小、能耗高、劳动强度大、环 保指标相对较差的劣势。 2000年后，由于皮江法的技术优势很适应现 阶段的中国国情，再加上中国的能源、辅料和劳 动力价格都比较便宜，环保费用支出不高，各地 政府为发展本地经济又极力扶持皮江法镁厂，致 使中国采用皮江法生产的镁急剧增多。目前随着 中国镁工业的发展，皮江法的产镁量已占世界镁 产量的70%以上。