高硅白云石熔融還原煉鎂新技術(shù)研究.pdf

1、中國(guó)是全球第一大產(chǎn)鎂國(guó)，采用的是皮江法熱還原煉鎂技術(shù)。隨著科技的不斷進(jìn)步和人類環(huán)境的日益惡化，技術(shù)落后的皮江法成為了國(guó)家限制發(fā)展項(xiàng)目。本文結(jié)合重慶萬(wàn)盛地區(qū)擁有豐富的高硅白云石資源，提出了高生產(chǎn)率、低能耗、低污染的硅浴熔融還原煉鎂新技術(shù)。對(duì)熔融還原煉鎂工藝的一些基本現(xiàn)象和規(guī)律進(jìn)行了研究，以期為重慶高硅白云石資源的有效利用提供參考。本文通過(guò)試驗(yàn)獲得了以下結(jié)論：
　　①該白云石中Ca和Mg元素分別占礦物總質(zhì)量的21.06％和12.66%

2、，且n(CaO):n(MgO)為1.00。雜質(zhì)Si含量偏高，含SiO2為1.6%，且分布不均勻。成分分析表明萬(wàn)盛白云石是典型的高硅白云石。該白云石的主要物相是CaMg(CO3)2復(fù)鹽，并含有少量的SiO2相。白云石在受熱分解過(guò)程中，雜質(zhì)相 SiO2會(huì)與分解產(chǎn)生的CaO結(jié)合形成Ca2SiO4相。萬(wàn)盛白云石受熱分解大約從740℃開(kāi)始，到880℃結(jié)束，失重率為46.4%。
　?、跒榱双@得高質(zhì)量煅白（煅燒白云石），根據(jù)萬(wàn)盛白云石礦的熱分析

3、結(jié)果進(jìn)行了白云石煅燒實(shí)驗(yàn)，考察了煅燒溫度、煅燒時(shí)間和白云石粒度三個(gè)因素對(duì)煅白質(zhì)量的影響。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出各因素對(duì)煅白質(zhì)量的影響順序?yàn)椋红褵郎囟取自剖６?、煅燒時(shí)間。經(jīng)優(yōu)化的最佳工藝為：煅燒溫度為1050℃，白云石粒度范圍為6~13mm，煅燒時(shí)間為60min。該工藝下白云石的分解率為98.41%，煅白的水化活性為32.07%。是滿足煉鎂工業(yè)生產(chǎn)用的高質(zhì)量煅白。
　?、垤寻字蠧aO和MgO均為堿性氧化物，熔點(diǎn)很高。通過(guò)往煅白中加入A

4、l2O3和SiO2造渣，能夠獲得完全熔融的液態(tài)。使用熱力學(xué)軟件Factsage模擬了在1600℃下往理想煅白中加入不同量 Al2O3和SiO2時(shí)爐渣的熔融性，結(jié)果表明隨著爐渣中Al2O3和SiO2加入量增加，未熔化的固體逐漸減少，直至消失，且CaO較MgO先溶入爐渣中。結(jié)合CaO-MgO-Al2O3-SiO2四元相圖，通過(guò)爐渣熔融性模擬和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得出：加入Al2O3和SiO2造渣時(shí)，含有大約55%煅白和45%的造渣劑的爐渣能在1600℃

5、下獲得完全熔融的液態(tài)。
　?、軐?duì)硅浴熔融還原MgO的熱力學(xué)進(jìn)行了分析。在不考慮反應(yīng)物和生成物在液態(tài)中活度的理想狀態(tài)下，反應(yīng)在常壓下所需要的初始溫度高達(dá)1925℃，當(dāng)系統(tǒng)壓強(qiáng)降低為13104Pa時(shí)，反應(yīng)能夠在1550℃進(jìn)行；而在實(shí)際熔融還原過(guò)程中，物質(zhì)的活度對(duì)熔融還原影響較大，而且在還原過(guò)程中物質(zhì)的活度也會(huì)隨著反應(yīng)的進(jìn)行而不斷變化。為了使后期的熔融還原反應(yīng)順利進(jìn)行，可以采用更低的系統(tǒng)壓力。
　　⑤在真空下進(jìn)行了硅浴熔融還原Mg

6、O實(shí)驗(yàn)，考察了渣系成分、CaF2添加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和75%硅鐵合金添加量對(duì)渣中MgO還原率的影響。渣系成分對(duì)MgO的還原影響很大，渣中SiO2量較多的情況下，會(huì)增大渣中SiO2的活性，抑制反應(yīng)的進(jìn)行。增大造渣劑中Al2O3/SiO2比值，渣中MgO的還原率提高顯著，實(shí)驗(yàn)獲得的較為理想的爐渣成分為：55%CaO·MgO-35%Al2O3-10%SiO2。對(duì)該成分爐渣進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明其他四個(gè)因素對(duì)MgO還原率的影響順序?yàn)椋悍?/p>

7、應(yīng)溫度、還原劑添加量、反應(yīng)時(shí)間、CaF2添加量。該成分爐渣在反應(yīng)溫度為1600℃，還原劑添加量n(Si)/n(2MgO)為1.2，反應(yīng)時(shí)間為120min，CaF2添加量為3%的工藝條件下，渣中MgO的還原率高達(dá)97.3%。
　?、藿Y(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)硅浴熔融還原MgO進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。結(jié)果表明硅浴熔融還原反應(yīng)是二級(jí)化學(xué)反應(yīng)。提高Al2O3/SiO2比值、反應(yīng)溫度和CaF2加入量等都能不同程度的提高還原反應(yīng)速率。在反應(yīng)溫度1550~16

8、00℃間表觀反應(yīng)活化能為586 kJ/mol。熔融還原反應(yīng)由于在高溫下進(jìn)行，界面化學(xué)反應(yīng)迅速，氧化物在爐渣中的傳質(zhì)成為了整個(gè)熔融還原過(guò)程的限制環(huán)節(jié)。
　?、咄ㄟ^(guò)分別對(duì)鎂的飽和蒸氣壓和高溫熔融還原形成的蒸氣壓進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行MgO熔融還原時(shí)，反應(yīng)的溫度越高，所對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度就越高。反應(yīng)溫度為1600℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)為870℃，高出純鎂的熔點(diǎn)(651℃)將近200℃。該反應(yīng)溫度下形成的鎂蒸氣在冷凝時(shí)絕大部分會(huì)先形成液態(tài)金屬鎂