(二)皮匠法。该方法以白云石为原料,经煅烧得到煅白(CaO MgO),然后在外热耐热钢还原罐中用固态硅铁还原缎白,制取金属镁。皮江法炼镁是加拿大多伦多大学的l·l·皮江于1941年研究成功的。皮江法炼镁工艺流程见图3。皮江法炼镁用白云石要求MgO≥20%,Cao ≥ 30%-33%,SiO2 ≤ 0.5%,Fe2O3+Al2O3 < 0.5%,Na2O+K2O ≤ 0.05%,ZnO≤0.001%,Mn≤0.005%。还原剂硅铁要求含Si≥75%。首先将白云石破碎至5-30毫米,在回转窑内将缎烧成1200℃的煅白。由于还原反应是在固态下进行的,物料的紧密接触有利于反应的进行。所以要把材料磨成粉,压成颗粒。为了提高反应速率,需要加入萤石粉。萤石粉含CaF2≥95%,粒度约200目,加入量为总投料的2%-3%。将煅白和硅铁分别研磨成100目左右的粉末,根据煅白和硅铁的成分和还原反应确定配比。按配料比例称取煅烧白粉、硅铁粉和萤石粉,混合均匀,用对辊压块机压制成球团。颗粒的形状和大小像核桃。造粒压力为137-170MPa。颗粒容易吸潮。球团吸收水分后,还原效率降低。因此,将颗粒装入防潮纸袋中,存放时间不要超过4h。
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通过用于镁还原的给料器将球团推入还原炉中的还原罐中。还原炉的结构如图4所示。还原炉是长方形的,由耐火砖制成。炉内水平放置一排16个还原罐,每两个罐一个室。还原炉使用气体或液体燃料,燃烧器位于罐体末端的炉壁上。还原罐为铸造镍铬钢管,直径300mm,长3m,壁厚30mm。一端密封,另一端焊接水冷钢套,带真空空喷嘴。还原罐还有隔热罩、镁结晶器和钾钠结晶器。隔热罩由两块带孔的镍铬钢板组成,两块钢板上的孔交错排列,可以屏蔽辐射热和物料粉尘。镁结晶器是一根长约500mm的大小管,位于冷却水套中。钠结晶器是由两块钢板焊接而成的空中心圆盘,圆盘上的进出冷却水管穿过罐盖。球团加入还原罐后,依次放入隔热罩和镁结晶器中,盖上带钾钠结晶器的罐盖,然后抽真空空。通常,四个减压罐连接到一个真正的空系统。真空系统由一个预抽真空泵和一个主抽真空装置组成。预真空泵空一般采用滑阀式机械真空泵空,用于在罐盖关闭后的初始阶段,清除还原罐内的空气体、水蒸气和灰尘,并抽至一定的真空度空。主真空泵单元空由低真空泵空和高真空泵空组成,低真空泵空是滑阀机械真空泵空,高真空泵空是罗茨泵(或主抽真空空单元使还原罐中的压力达到还原反应所需的1-5Pa的压力。在1-5Pa的压力下,当罐内球团加热至1200℃的还原反应温度时,球团中的MgO被Si还原,生成的镁蒸气从球团中逸出。还原反应式为:2 (Cao MgO)+si = = = 2mg+2cao SiO2。
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镁结晶器位于还原罐的冷却水套中,其温度较低,是还原罐的冷凝区。镁蒸汽扩散到镁结晶器中,并在结晶器上冷却和结晶以形成结晶镁。非常少量的还原金属钾和钠蒸气在较低温度的钾-钠结晶器中结晶,并与镁分离。还原过程结束后,镁晶体被出镁机拉出,炉渣被出渣机排出,然后加入球团开始下一个还原循环。还原210公斤罐装球团矿,产出35公斤结晶镁,还原周期为12小时。还原1t结晶镁需要白云石11-12t,硅铁1.06-1.1t,燃料9×107kJ。还有更小或更大的还原罐,还原周期分别为8h和24h。在还原过程中,物料粉尘会被吸入结晶区,粘附在结晶器上,进入结晶镁。结晶镁从还原罐中取出后,会在空气体中被氧化成氧化镁。为了去除这些杂质,需要熔化和精炼结晶镁,并将其铸造成镁锭。皮江法炼镁,原料白云石范围广,工艺流程短,生产设备简单,镁质量好。但还原过程中的热量利用率较低,烟气带走了约50%的热量。
关键词TAG: 有色金属