电解炼镁过程中从电解槽中取出的镁和热还原炼镁过程中从还原炉中取出的镁都称为粗镁,达不到质量标准。只有除去镁中的杂质,才能达到质量标准。电解粗镁含有金属杂质和非金属杂质。金属杂质是铁、硅、铝、镍、锰、铜、钾、钠和钙。这些金属杂质中的一些在电解过程中沉淀在阴极上,它们的一些氯化物或氧化物被镁还原。非金属杂质包括氯化镁、氯化钠、KCI、氯化钙、氮化镁、氧化镁、二氧化硅、氧化铁和氧化钙。非金属杂质中的氯化物是镁放电时从电解槽中带出的电解质;Mg3N2是镁在空气体中燃烧产生的;MgO在原料和电解质中都有,也是镁燃烧产生的;其他氧化物从罐的耐火衬里上被磨掉。热还原法粗镁还含有金属杂质和非金属杂质。金属杂质是硅、铝、铁、锰、镍、锌、钾和钠。硅、铁、铝、锰等杂质主要来自还原剂硅铁粉尘。减少了其他金属杂质。非金属杂质包括来自球团粉尘的MgO、CaO、Fe2O3、SiO2和CaF2。无论是电解法粗镁还是热还原法粗镁,金属杂质含量都较少,小于或等于重熔镁锭标准中下一级的规定值;有许多非金属杂质。镁精炼方法包括熔剂精炼、沉降精炼、添加精炼、真空蒸馏、区域熔炼和电解精炼。熔剂精炼和沉淀精炼是粗镁的精炼方法。各镁厂要么采用熔剂精炼法,要么采用沉降精炼法对粗镁进行精炼。一种方法提炼出来的镁称为精镁,镁的质量达到通用重熔镁锭的质量标准,铸成镁锭出售。精制是除去一种或几种杂质的方法,是对前两种精制方法的补充。True 空蒸馏、区熔、电解精炼是对精炼镁进行精炼,进一步去除杂质,制备出几乎不含杂质的高纯镁用于特殊用途,这里就不介绍了。精炼是用熔剂去除熔融态镁中的杂质。精炼的主要作用是通过化学作用除去非金属杂质和碱金属K和Na。焊剂应具有以下性能:焊剂不与镁和坩埚发生化学反应;熔剂的熔点低于镁的熔点;熔剂与杂质的界面张力较小,熔剂与液态镁的界面张力较大,因此熔剂既能吸附杂质,又能与液态镁分离。熔剂的密度不同于液态镁。根据用途,有精炼熔剂和覆盖熔剂。精炼熔剂的密度高于液态镁的密度,用于去除杂质。熔剂密度低于液态镁,用于覆盖液态镁表面,隔绝空气体,防止镁氧化。焊剂由碱金属和碱土金属的氯化物和氟化物组成。每个镁厂的熔剂配方都不一样。中国镁厂精炼粗镁所用熔剂成分见表2。
表2中国镁厂精炼熔剂的组成/%
熔剂用坩埚精炼炉精炼。精炼炉由普通耐火砖制成,用电、天然气或煤气加热。有铸钢坩埚和焊接耐热钢板。首先,将熔剂加入精炼炉的坩埚中,并开始加热。熔剂熔化后,加入粗镁。当粗镁熔化,温度达到700℃时,用搅拌器搅拌液态镁,使液态镁与熔剂充分接触,吸收杂质。搅拌时间约为20分钟,然后升温至730-750℃,静置5-15分钟,使杂质和熔剂沉降并与液态镁分离。在上述过程中,为了防止液态镁燃烧,经常向坩埚中喷洒一些覆盖熔剂。在精炼过程中,非金属杂质被熔剂吸附和沉淀,并与镁分离。同时,碱金属k和Na与熔剂中的MgCl2反应生成KCl和NaCl,它们进入熔剂中并被除去。静置期间,精炼炉停止加热。当液态镁的温度降至680-710℃时,用气动泵将液态镁抽出,注入铸锭机,铸造出镁锭。提炼1t电解粗镁(液态镁)电耗300 kw·h,熔剂30kg。皮江法精炼1t粗镁(结晶镁)电耗600 kw·h,熔剂120kg。热还原镁厂都采用熔剂精炼法精炼粗镁。这种方法也用于小型电解镁厂。(2)沉降精炼沉降精炼是大型电解镁厂精炼粗镁的一种方法。在该方法中,镁中的杂质通过在电加热的熔盐炉(连续精炼炉)中沉淀而被去除。精炼炉如图所示。精炼炉是圆形的,钢壳内衬耐火砖。顶径约5.5m,底径约3m,高约4.5m:炉中心为集渣井,6个石墨电极均匀分布在炉体下部,加热功率300kW加热介质氯盐温度为720-730℃,氯盐成分为氯化镁8%-12%,KCl 55%-65%,氯化钠18%-22%,氯化钙0.5%-2%,氯化钡25%-8%,氟化钙0.3%-1%。其密度高于液态镁,所以位于液态镁层之下。
[下一个]
从电解槽中提取的液态镁用钢包输送到精炼车间,从粗镁入口注入连续精炼炉。当进料管伸入下层氯化物熔体时,液态镁从进料管出来,通过氯化物熔体层漂浮到镁液层。这个过程与熔剂精炼的过程相同。镁在710-720℃下储存在液体层中8-10吨。当镁在炉中停留超过2小时时,镁中的非金属杂质被充分沉淀和分离。精炼渣收集在炉底中部的集渣井内,定期打开人孔盖抢渣。铸锭用虹吸管从炉盖插入镁液层。铸锭开始时,虹吸管被real 空泵抽成负压,使液态镁流出。为了防止液态镁燃烧,向炉内充入氩气。连续精炼炉每天生产50-100吨精炼镁。提炼1t镁的电耗为50-100 kw·h,氯盐为60kg。(三)添加剂的精炼这种方法是在液态镁中加入一些单质或化合物,除去镁中的一些杂质的方法。添加精炼是通过熔剂精炼或沉淀精炼对镁的进一步精炼。电解法粗镁和热还原法粗镁经过熔剂精炼或沉降精炼后,能除去非金属杂质和碱金属K、Na,但不能除去铁、硅、铝、锰、铜、镍等其他金属杂质。由于粗镁中金属杂质含量低,经过熔剂精炼或沉降精炼后,镁的质量一般能达到《重熔用镁锭质量标准》中中国标准Mg 99.90的等级,能满足一般使用的要求。如果要求镁含有0.04%-0.003%的Fe和0.01%-0.005%的Si,那么用熔剂或沉降法精炼的镁要用添加剂精炼。精炼添加剂去除的杂质最多的是铁和硅,其次是铝和锰,也可去除部分铜和镍。锰、钛和锆用作精炼添加剂。锰以镁锰合金的形式加入,钛和锆可以以金属或氯化物的形式加入。这些添加剂可以与铁、硅等金属杂质形成不溶于镁的金属间化合物,然后沉淀分离。其中钛和锆细化效果好,锆价格昂贵,所以常用钛。用钛添加剂精炼的镁的杂质含量为:铁0.004%,硅0.005%,铝0.005%,锰0.01%,铜0.003%,镍0.0007%。镁的质量达到了中国标准Mg 99.95的等级,即熔剂法或沉淀法精炼的镁提高了一个等级或更高。镁用钛添加剂精炼,使用的设备是坩埚精炼炉。首先制备含钛熔剂,在坩埚精炼中熔化氯盐,其中氯盐包括40%-70% KCl、20%-50% NaCl和10% MGC L2;待氯盐熔化后,加入粒度为18-60目的海绵钛粉,搅拌混合均匀。将经过熔剂或沉降精炼的镁加入坩埚精炼炉中,然后加入含钛熔剂,当温度达到700-720℃时,用搅拌器搅拌5-15分钟,使钛与Fe等金属杂质充分接触吸附形成金属间化合物,然后静置沉降15-30分钟,最后铸锭。氯的加入量为镁的20%,钛的加入量为镁的0.05%-0.3%。四氯化钛也可以用作添加剂。四氯化钛与镁反应生成钛,然后生成的钛吸附镁中的金属杂质。然而,使用四氯化钛作为添加剂的精制设备复杂。
关键词TAG: 有色金属