以白云石和菱鎂石為原料真空金屬熱還原制取金屬鎂的研究.pdf

1、金屬鎂及其合金具有比強度高、導熱和電導性能好、阻尼減震、電磁外屏蔽、易于機械加工和容易回收等優(yōu)點，應用十分廣泛，已成為僅次于鋼鐵和鋁的第三大金屬工程材料。目前的生產(chǎn)方法主要分為熔鹽電解法和真空金屬熱還原法兩種。相比之下，我國白云石和菱鎂礦資源豐富、礦石品位高，真空金屬熱還原法（以皮江法為主）是我國金屬鎂的主要生產(chǎn)方法。皮江法制鎂目前仍是一個高能耗、高廢物排放的冶金工藝。以鋁或鋁合金為還原劑的真空熱還原制鎂技術(shù)可大大降低煉鎂能耗，減少廢渣

2、和二氧化碳氣體的排放，符合未來煉鎂行業(yè)的發(fā)展方向。本文主要對以白云石和菱鎂礦為原料，分別以硅鐵合金、Al-Si-Fe合金和鋁粉為還原劑進行真空熱還原制取金屬鎂的還原工藝和還原機理進行實驗研究;對以鋁粉為還原劑的真空熱還原制鎂所得還原渣為原料的氧化鋁溶出工藝進行實驗研究，并同現(xiàn)行的皮江法制鎂技術(shù)進行了對比。
　　論文對白云石、菱鎂石和鎂化白云石的物相、化學成分和差熱熱重進行了測試分析，研究了粒徑為1 mm、4 mm、8 mm和12

3、mm的白云石、菱鎂石及鎂化白云石顆粒在煅燒溫度為600-1120℃、煅燒時間為30-110 min下的礦樣燒損率、對應煅燒產(chǎn)物的水化活性度和灼減量等參數(shù)的變化規(guī)律;通過不同粒徑顆粒的煅燒實驗，探討了影響煅燒產(chǎn)物活性的因素，確定以白云石、菱鎂石和鎂化白云石為原料，經(jīng)煅燒獲得最佳冶金活性的CaO·MgO和MgO的技術(shù)參數(shù)。利用Coats-Redfern和Doyle方程對白云石的非等溫分解過程進行了分析，得到分解過程動力學符合Avrami-E

4、rofeev的以成核與核生長為控制步驟的A1模型及相關(guān)動力學方程，對白云石的煅燒分解過程的進行了預測分析。
　　結(jié)合熱力學原理對金屬熱還原法制鎂過程的機理進行分析，計算了采用不同還原劑時，還原反應所需的臨界反應溫度。通過對硅熱還原氧化鎂和硅熱還原煅燒白云石的反應過程的理論分析可知:若硅熱法制鎂過程中出現(xiàn)氧化鈣的造渣反應，可以使硅熱法還原的臨界溫度降低600 K以上，并可避免MgO出現(xiàn)損失。還原過程中真空條件的引入可以大幅降低臨界反

5、應溫度。通過對鎂蒸氣壓及露點的計算，進一步確定影響硅熱法還原過程中金屬鎂結(jié)晶形態(tài)的因素。利用熱力學計算還原反應的臨界反應溫度和反應生成的金屬鎂的蒸氣壓，確定了以Al-Si-Fe合金和鋁粉為還原劑進行真空熱還原法制鎂的可行性。
　　分別以煅燒白云石所制得的活性CaO·MgO為原料、硅鐵合會和Al-Si-Fe合金為還原劑以及以煅燒白云石和煅燒菱鎂石的混合物或煅燒鎂化白云石所制得活性氧化物為原料、鋁粉為還原劑進行了真空熱還原制取金屬鎂的

6、實驗研究?？疾炝诉€原溫度、還原時間、爐料制團壓力、還原劑過量系數(shù)和氟鹽添加量對還原過程、鎂還原率及還原劑利用率的影響。根據(jù)實驗結(jié)果和還原產(chǎn)物的物相分析、SEM分析和EDS分析，對還原反應過程的機理及過程的動力學進行了研究。
　　利用煅燒白云石和煅燒菱鎂石的混合物或煅燒鎂化白云石在真空條件下進行鋁熱還原制鎂所得還原渣為原料，進行溶出氧化鋁的實驗研究。并對還原渣中CaO·2Al2O3和CaO·Al2O3的氧化鋁溶出機理進行了分析，同時

7、結(jié)合溶出渣的物相分析，探討了NaOH和Na2CO3在鋁酸鈣溶出過程中所起的作用，以及溶出溫度、溶出時間、液固比、NaOH和Na2CO3的過量系數(shù)對氧化鋁的溶出過程的影響，得到溶出過程的最佳工藝參數(shù)。在該工藝條件下的氧化鋁溶出率最高可以達到86％，全鋁溶出率達到88％。對溶出的鋁酸鈉溶液進行碳酸化分解后所獲得的氫氧化鋁，其白度可以達到97％。利用不同還原溫度所得還原渣的氧化鋁溶出率數(shù)據(jù)，結(jié)合對溶出后渣料的物相分析、SEM分析和EDS分析，

8、探討了還原溫度對還原渣的物相組成及利用上述還原渣組分對氧化鋁溶出過程的影響。
　　對新型真空鋁熱還原制鎂工藝和現(xiàn)行皮江法制鎂工藝進行能耗分析和成本分析對比。新型制鎂工藝比較現(xiàn)行皮江法在生產(chǎn)過程中的廢氣廢渣的排放、能源消耗量、生產(chǎn)成本及后續(xù)還原殘渣的利用收益有顯著改進，綜合能耗降低60％以上、生產(chǎn)成本降低4000元/噸。新型制鎂工藝具有低成本生產(chǎn)、低污染物排放、高生產(chǎn)效率、高能源利用率和工藝原料可循環(huán)利用的特點，屬于低碳、低污染和高