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1、提高单罐产量、提高还原效率是硅热法炼镁生产之本中南大学 徐日瑶前言我国横罐硅热法炼镁发展至今，多项生产指标尚停留在中等水平，达不到日本20世纪90年代的水平。如吨镁白云石单耗11t/t-Mg，能耗（折标煤）7t/t-Mg，料/镁6.0，镁还原效率85%，硅利用率75%，劳动生产效率25t/全员一年，精镁质量含量镁99.599.98%80%，还原残渣中MgO5%。使我国硅热法的发展不仅受到限制，而且被认为是技术落后、劳动强度大、能耗高、成本高、环境污染严重的一种生产方法。尽管我国横罐硅热法炼镁在生产中存在着上述一些情况，但其发展仍然非常迅速。如果在工业生产中能实现大容量设备的生产，加强余热利用，
2、加大机械化与自动化水平，把上述生产指标提高到如下水平：吨镁白云石单耗9t/t-Mg（8.5t/t-Mg），硅铁单耗1.0t/t-Mg，能耗（折标煤）5t/t-Mg，料/镁5.8，镁还原效率85%，硅利用率75%，劳动生产效率30t/全员一年，精镁质量含镁99.98%85%，还原残渣中MgO2%。那么横罐硅热法炼镁还是一种比较简单的生产方法。本文就如何提高横罐硅热法炼镁生产工艺中单罐产量、提高还原效率的一些问题进行综合分析。一、原料质量1、白云石适应于硅热法炼镁的白云石，不仅是结晶形的，而且机械强度、热强度要大，其化学组成中CaO/2MgO1.0(mol)、R2O3(Fe2O3+ Al2O3)0
3、.5%、SiO20.5%、K2O+Na2O0.01%。将这种白云石作为硅热法炼镁的原料，炉料在还原时不缺CaO，也不缺MgO，在额定的还原条件下（温度和真空度），能保证如下反应的进行：2(CaOMgO)+Si=2Mg+2 CaOSiO2 (1)2CaO+SiO2=2 CaOSiO2 (2)在白云石煅烧时，减少或不发生下列反应：mCaO+Fe2O3= mCaO2Fe2O3 (3)mCaO+Al2O3= mCaOAl2O3 (4)2MgO+ SiO2=2 MgSiO2 (5)来阻止白云石的分解反应CaCO3MgCO3= CaO+MgO+2CO2，从而提高了还原效率，提高了单罐产量。2、硅铁用硅铁作
4、为还原剂来还原MgO，这种硅铁必须是75%Si的硅铁，其含量在75%78%之间。这种硅铁的金相组成为：Si(游)、FeSi2、FeSi、Fe3Si2。但是能起还原作用的硅仅为Si(游)，FeSi2的反应性不大，FeSi和Fe3Si2的反应性更小。对75%Si的硅铁来说（指硅含量为75%78%Si），含硅Si(游)也只有49-51%。用这种硅铁作还原剂，MgO的还原效率在额定条件下（温度1200，真空度713Pa）可达到85%以上，硅的利用率可达75%以上。为了保证金属镁产品的质量，硅铁中Mn及Al的含量应低，不然，金属镁产品中的Mn及Al会超标。3、萤石在硅热法炼镁中，萤石是一种矿化剂，在还原
5、过程中，它可以增大MgO表面的活化能，来加速Si还原MgO的反应速度。在反应物中，萤石的加入量很少，仅为煅白与硅铁量的1.0%。因此对萤石的质量要求较高，一般选用CaF298%的萤石作矿化剂，萤石中的CaF2含量最好不低于94%。二、煅白的质量白云石在1200温度下煅烧后的产物即为煅白。作为炉料的煅白，其灼减量应控制在0.10.2%，煅白中的MgO含量应达38.540%，煅白的水化活性度应大于30%，最好控制在3234%。因此白云石在煅烧时的烧损率应达46.547.5%。如果白云石的烧损率低于45%，那么这种白云石煅烧出的煅白是不能作为硅热法炼镁用的炉料。因为这种煅白的CaO含量高，MgO含量
6、低，用这种煅白组成的炉料，不仅炉料的吸湿性大，还原时炉料会放气，真空度上不去。而且还原后残渣量大，残渣中的mCaOAl2O3，mCaO2Fe2O3易熔结，阻止了还原反应的进行。采用灼减量0.1%的煅白，这种煅白往往过烧，活性低，灼减量0.3%的煅白，煅白生烧，活性也低。过烧或生烧的煅白，还原时单罐产量低，还原效率低。三、炉料细度硅热法炼镁的还原反应，属于固固相反应，没有气固相和液固相反应。对固固相反应，要求炉料有较细的粒度，并具有较大的比表面，也就是说炉料越细越好。但是炉料太细，压型时压缩比小，又难于成形。因此炉料的细度，根据研究和生产实际表明，炉料的细度应100%达-100目，而且炉料中-1
7、20目-130目的细度应占26.5%。炉料的细度对镁的还原效率和硅的利用效率有较大的影响。炉料中的料度比，不仅影响还原效率，还影响团块的抗压强度，所以炉料的细度与粒度比是极为重要的。由于三种原料的刚性不一样，细磨后的炉料中，这三种原料的粒度是不一样的。煅白细度达到0.147mm(即-100目)、硅铁细度为0.1150.120mm(即-120-130目)、萤石的细度应达0.074mm(即-200目)，那么这三种细度的原料，就具有较大的比表面。成形后，在还原条件下，可获得较大的单罐产量，与较高的镁的还原效率与硅的利用率。四、配料比与配硅比采用硅热法炼镁，要想获得高的单罐产量、镁的还原效率与硅的利用
8、率，必须根据三种原料（煅白、硅铁、萤石）的组成，通过配料计算来确定煅白、硅铁与萤石的量。而且还必须根据金属镁与硅铁的市场价格比来确定配硅比（M值）。配料计算的计算条件，根据研究与生产实际表明：最经济的配硅比为：当镁价与硅铁的市场价格比大于3时，配硅比M值取值1.21.3，当镁价与硅铁的市场价格比小于时，配硅比M值取值1.01.1。萤石的加入量按煅白与硅铁量的1.0%加入，按Si/2MgO=1.0(mol)、100kg煅白为基础计算，再根据煅白中MgO%与硅铁中Si%、萤石中CaF2%量按下式计算配料比。100kg煅白应加入硅铁量：WSi-Fe=34.735MMgO%/Si%, kgW萤石=(1
9、00+ WSi-Fe)0.01/CaF2%, kg根据上式计算煅白、硅铁、萤石的重量，再换算成百分量，即为配料比。硅热法炼镁炉料的配料比是非常重要的。首先必须保证煅白中CaO/MgO=1.0(mol)。如果炉料中的MgO量不足，单罐产量就低；如果炉料中的CaO量不足，还原时，SiO2会与MgO作用生成低熔点的2MgOSiO2，阻止了还原反应的进行，降低了MgO的利用率，单罐产量降低。如果炉料未按要求配入足够的硅量，镁的还原效率降低，如果炉料中配入的硅量多，硅的利用率降低，镁的生产成本增高。五、成球压力与球团的物理性质对于化学反应层于固相反应的热法炼镁，炉料除应有一定细度和配料比外，还必须压形来
10、增大炉料之间的相互接触面。为了缩短硅原子还原MgO的自由行程，炉料的细度与压形压力对还原反应起着很重要的作用。压形压力越大，物料相互接触越紧密，在额定的温度与真空条件下，越有利于还原反应的进行，炉料压形后，还可以提高还原罐的装料量，提高单罐产量。因此对于采用国产LYQ系列的高压对辊压球机来压球，其工作压力为60120kg/cm2。球团的物理性质（即球团形状、球团堆积密度、球团闭孔率）对单罐的产能与还原效率影响很大。适用于热法炼镁炉料的球团形状，应为桃核状，这种球团的堆积密度比枕形与杏仁状的大。桃核状球团平均直径如取D=2.2310-2m，则球团的密度为2.1,球团的堆积密度为1.0。生产实际表
11、明，在相同的还原条件下，桃核状的球团在相同容积的还原罐中，装球量较杏仁状与枕形球团多，更有利于镁蒸汽向外扩散，镁的还原效率则更高。球团的闭孔率与炉料的细度与成形压力有关。在上述的炉料细度与成形压力下，球团内部的闭孔率较大。在保证球团抗压强度时，有利于镁蒸汽从球团内部向外扩散，更有利于还原反应向球团内部推进，使球团内部的还原反应进行彻底，不出现反应区与未反应区，还原效率可达最大值。六、还原温度、真空度、还原时间和传热速度如果前面五项都处于上述的条件下，球团在还原罐中还原，要获得高单罐产量、高还原效率，就要使料/镁比值接近6.0，甚至达到5.8，球团的还原温度应处于1200,体系的真空度（即剩余压
12、力）控制在713Pa，还原时间只需8小时（即还原周期）。但必须保证这一周期的时间内，还原温度，真空度都必须稳定，不能时高时低。由于还原反应与球团受热时的传热与传质是同时进行的，并且在还原反应时，传人的热量应大于反应吸热的热量才能保证还原反应的持续进行。如果传人的热量不足，还原温度就会降低，就会影响反应速率，在反应物层就会出现已反应界面与未反应界面。当球团中心出现反应核，还原反应会终止，单罐产量降低，还原效率也降低。结论 为了提高单罐产量、提高还原效率，在硅热法炼镁时，必须按上述要求保证原料质量、煅白质量、炉料细度、合理的配料比、最经济的配硅比以及成球压力与球团的物性。再在额定和稳定的还原温度、真空度、还原时间下进行还原才能提高单罐产量、提高还原效率。也只有在提高单罐产量、提高还原效率的前提下，才谈得上节能、减排。因此提高单罐产量、提高还原效率，才是硅热法炼镁生产之本。
