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1、学士学位论文论文题目:炼镁无氟矿化剂的研究院名 称: 材料科学与工程学院 / 摘 要本课题旨在深入研究皮江法炼镁,从而选择合适的矿化剂来替代传统矿化剂氟化钙,来减少氟对环境的污染。采用中式炼镁炉,将所选取的矿化剂C1加入到粉碎的煅白与硅铁中混合；与加入氟化钙,而其余参数不变的传统配方分别进行冶炼,并对实验结果进行分析对比,从而确定合适的矿化剂。其次改变矿化剂的用量,连续实验,确定出矿化剂的最佳用量。使用岛津SSX_550扫描电镜,对还原渣料进行SEM-EDS面扫描,并进行图谱分析。通过对比图谱可知,传统配方的还原渣料中含有大量的氟,而加入C1的还原渣料中没有氟。对还原后的粗镁进行得率分析,对比
2、不同工艺条件下,粗镁的得率。得出结论,C1可以替代萤石。加入C1作为矿化剂的还原反应不仅除去了氟,同时粗镁的得率并未减少。所以,C1可以替代萤石。关键字：皮江法,矿化剂,氟化钙ABSTRACTThis project aims to in-depth study Pidgeon magnesium, to choose a suitablemineralizer to replace the traditional mineralizing agent to reduce fluoride pollution of the environment.Chinese magnesium furna
3、ce, selected mineralizer will be added to the crushed calcined white and ferrosilicon mixed; and by adding calcium fluoride, and the remaining parameters unchanged traditional recipes for smelting, and the experimental results analyzed and compared in order to determine the appropriate mineralizer.
4、Secondly, change the amount of the mineralizer, continuous experiments to determine the optimum amount of mineralizer.Use the Shimadzu SSX_550 scanning electron microscopy restore slag SEM-EDS surface scan, and map analysis. By contrast map shows the reduction of residue left of the traditional reci
5、pe contains a lot of fluoride, no fluoride by adding the reduction of the C1 residue left.The crude magnesium restored the yield analysis, comparison of different process conditions, the yield of the crude magnesium.Concluded, C1 alternative fluorite. The reduction reaction is not only joined the C1
6、 as a mineralizing agent to remove fluoride, while the crude magnesium rate did not reduce. Therefore, C1 can replace fluorite.Keywords:Pidgeon Process,mineralizer,calcium fluoride目 录第1章 前言41.1 镁资源的发展及利用11.2 皮江法炼镁与电解法炼镁的比较21.3 皮江法炼镁的缺陷及改进方法31.3.1 磨碎、配料、制球工序41.3.2 真空还原工序41.3.3 粗镁精炼工序61.4 课题的目的及意义61.4
7、.1 皮江法炼镁61.4.2 氟的污染71.5 金属镁渣的回收利用现状71.5.1 国对镁渣的研究71.5.2 国外镁渣的研究情况8第2章 实验102.1 主要实验设备102.2 主要实验原料92.3 实际生产操作10第3章 结果与讨论113.1 配方及工艺条件113.2 还原工艺过程113.3 粗镁得率分析153.4 还原渣料形貌分析153.5 氟含量检测16第4章 结论18致 19参考文献20附录 外语文献译文21英文原文21译 文37第1章 前言1.1 镁资源的发展及利用镁及镁合金是目前工业上可应用的最轻的金属材料,由于比重小、比强度高、导热性能良好、减震、电磁屏蔽及易切削等综合性能都很
8、好,已成为目前汽车、航空及电子通讯等行业重要的新型材料。被誉为21世纪最具开发和应用潜力的绿色工程材料的镁合金再生回收成本低、资源储量大,市场开发应用前景极为广阔。菱镁矿、白云石、光卤石、蛇尾石、海水和盐湖水等是世界上的炼镁工业的主要原料。这些资源在中国的分布十分广泛且丰富。世界上菱镁矿储量最多的国家就是我国,已探明的储量27亿t,总储量占世界的22.5%。菱镁矿储量集中,主要集中在和两省,占全国总储量的95.16%,大中型菱镁矿居多,矿石品位高。在27处菱镁矿产地中,有11处大型储量 0.5亿t产地,占全国的总储量95.11,5处中型,占全国总储量的保有储量为4.05%。这些大型和中型的产地
9、,更适合露天开采,机械化作业和规模经营,开采技术条件总体上是好的。矿石质量好,在国际市场上较强的竞争力。菱镁矿在中国的储量,一级,二级产品MgO43占总储量的53以上,其中特级品储量11.7亿t占菱镁矿总储量的保有储量37.58,二级品的储量4.8亿t,占总储量保有储量的15.42。白云石储量在中国4亿多吨。已探明储量,已满足经济建设的需要。分布在碳酸盐岩部中。有辽东半岛,东部,XX,等地也有大量矿产。在中国的白云石资源,易开采,分布广。大部分矿床已经开采,各省都有。特别是在,省大石桥市海城地区最多。盐湖镁卤水中镁储量为4.816亿吨,31.43亿吨氯化镁,16.73亿吨硫酸镁。随着察尔汉盐湖
10、的开发,钾肥年产量将达到100万t,每年副产32万吨卤水,并且每年有超过1100万吨的氯化镁。我国漫长的海岸线,海水中氯化镁储量达4493万亿t、硫酸镁储量达3570万亿t。我国海盐产量居世界首位,年产2300万t海盐,约2000万m/a副产苦卤,其中氯化镁资源量达379.2万t/a、硫酸镁资源量175.2万t/a。我国的白云石主要用于生产轻质碳酸镁、轻质氧化镁,使用的方法是碳化法。也用于皮江法炼镁。我国镁工业以皮江法为主,优势主要体现在以下方面：一是具有较低单位投资成本。二是较低的生产成本。中国镁生产总的成本较低,主要是因为炼镁的矿石、煤炭及其他相关原材料价格不高,劳动力和管理成本也低。三是
11、丰富的镁资源。我国金属镁产量近年来一直保持高速增长并出口,主要凭借的优势是资源丰富价格低廉。 是用电解法还是用热还原法来炼镁,决定因素是其使用的资源种类。我国有这两种炼镁方法所需要的所有种类资源,并且储量巨大,如白云石用于热还原法,有70亿t以上的储量,全国各省都有遍布；光卤石、水氯镁石、硫酸镁、菱镁矿、蛇纹石、海水等都可用于电解法。在柴达木盆地,镁盐保有储量就有48.15亿t,菱镁矿储量在、等地有31.45亿t,蛇纹石已探明储量有32亿t分布在、蒙等地,镁在海水中的含量一般为0.13%,而我国有14 000 km的海岸线。因此,无论用哪种方法、哪种原料炼镁,其资源量差不多都是取之不尽,用之不
12、绝的。1.2 皮江法炼镁与电解法炼镁的比较目前通过对电解法炼镁工艺与皮江法在一次能源消耗、矿石资源消耗、碳排量及技术经济的比较分析表明：1、在一次能源消耗和矿石资源消耗中电解法与皮江法相当,皮江法在碳排量上只比电解法多21%,因此,在这几方面电解法占优势,但差距并不大。 2、在生产中,电解法的生产成本低于皮江法,主要是因为副产品氯气的销售收入,但单位投资电解法远高于皮江法。因此,在投资效益上皮江法优于电解法。3、在电解镁生产中,1吨镁将产生2.82.9 t副产品氯气,而氯气是有毒的高危产品,在贮存和运输中的量不宜太大。因此,必须要建设配套能消耗氯气的一系列化工装置在电解镁装置的附近,如以下装置
13、烯烃、VCM、PVC等。建设这些配套化工装置一般要投资镁冶炼部分的810倍,这是一个庞大的、投资很大的产业集群项目。电解炼镁的工艺是先制得氯化镁水合物,其采用菱镁矿、蛇纹石等矿物酸浸制,再在HCl气氛中脱水,不生产副产品氯气,氯是在系统中循环运行的。但1吨镁所消耗的氢气近100 kg,从经济的角度上看,很显然没有竞争力。4、皮江法所需要的资源分布广,工艺简单,在煤炭资源丰富的地方都可建设,在生产中皮江法炼镁能够提供较多的就业岗位,社会效益较好。皮江法炼镁与焦化产业组合形成产业链,皮江法炼镁的燃料利用的就是炼焦产生的焦炉煤气,这样即可充分利用资源,又可降低生产成本,从而使皮江法更具竞争力。1.3
14、皮江法炼镁的缺陷及改进方法皮江法是一种硅热还原法炼镁的工艺,由加拿大L.M皮江教授于1941年创立的。其过程先是在回转窑中煅烧白云石反应式是MgCO3CaCO3MgOCaO+2CO2；然后将硅铁粉和萤石粉进行研磨并混合制球,然后送入耐热钢的还原炉中,在温度1190-1210和真空的条件下,还原制得粗镁。反应过程是：2CaO+2MgO+Si2Mg+CaSiO4。产出金属镁锭,必须需要经过熔剂精炼、铸锭、表面处理等工序。工艺流程图。硅铁萤石煅白粉碎器粉碎器破碎器混合器制球机还原炉金属镁镁渣粗镁图1 -1 皮江法炼镁流程图 虽然结合我国国情皮江法很适合,近年来也得到了很迅速的发展,而且在我国的原镁生产中采用皮江法生产的有98%以上；但在硅热法炼镁的过程还是存在着一些这样或那样的问题。如白云石原料的大量消耗、极高的能耗、很低的还原效率、硅铁的消耗量也很大、还原周期长、还原罐损耗严重、不稳定的粗镁质量、部分杂质元素含量偏高等。随着我国迅速提高的金属镁产量,以及国外越来越强的环保意识。目前国外亟待解决的三大瓶颈问题是耗能高、污染大和工业自动化程度低。1.3.1磨碎、配料、制球工序 目前国大多数镁厂都存在着以下问题：粉尘污染严重、生产成本高、制球不合格等等。其中,物料破碎、物料混合造成粉尘污染。而造成硅铁浪费的主要原因是对配硅比数据的掌握不当。使得成本居高
