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镁科研

硅热还原法炼镁工艺

发布时间：2025-05-13 作者：综合管理部

当前工业生产中广泛应用的主流工艺为硅热还原法，其技术成熟性及经济合理性已在长期工业化实践中得到充分验证。本文将重点阐述硅热还原法镁冶炼工艺（皮江法）。

1、硅热还原法炼镁工艺原理

硅热法金属镁生产工艺以煅烧白云石(CaMg(CO3)2)为主要原料，硅铁(FeSi75)为还原剂，萤石(CaF2)为矿化剂，按特定化学计量比进行精确配料。配料经球磨制粉后冷压成型为致密球团，置于耐热合金还原罐内，在1250°C高温及13.3 Pa以下真空条件下进行还原反应，促使氧化镁的固态扩散还原，生成镁蒸气。镁蒸气在还原罐前端的多级冷凝系统中定向凝结，形成枝晶状结晶镁（俗称粗镁）。粗镁经熔剂保护精炼工艺去除杂质，最终浇铸成符合标准的商品镁锭（精镁）。

2、生产工序

Ø  煅烧工序：

白云石原料经破碎处理后，将合适粒度的石料在回转窑或竖窑中实施高温煅烧。热力学分析表明，当煅烧温度控制在1250～1350℃区间时，白云石（CaMg(CO3)2）的热分解反应生成煅白（化学式：MgO·CaO），符合硅热法炼镁要求。本工艺需控制温度参数，实验数据显示：当高温煅烧带温度超过1400℃时，将引发以下三方面问题：①氮氧化物（NOx）排放量显著增加，符合Arrhenius方程的温度敏感性特征；②能源消耗量上升，统计表明燃料（煤气/煤粉）单耗增幅可达12%-15%；③物料出现过烧现象，XRD表征显示过烧产物晶粒异常长大，导致比表面积下降38%-42%，在后续还原工序中表现出明显的活性衰减。因此，工业化生产中需控制煅烧温度在合理范围内。

Ø  制球工序：

将煅白、硅铁粉和萤石粉按既定化学计量比进行精确配料混合后，经粉体细磨加工系统（球磨机+）处理，再通过压球机成型为符合工艺要求的球团状物料（俗称“球团料”），最终输送至还原工序进行后续处理。

Ø  还原工序：

将球团原料装入耐高温合金还原罐内，于1250±10℃及13.3 Pa以上的真空条件下保持10至12小时，促使氧化镁发生还原反应生成镁蒸气，经冷凝后获得粗镁产物。该还原工艺系统主要由真空维持系统、循环冷却水系统、还原炉本体、烟气净化系统、粉尘收集系统以及智能配电控制系统等核心单元构成。根据还原炉中还原罐的放置方式，可分为竖式还原罐炼镁和横式还原罐炼镁。

①竖罐还原炉的还原罐内径有 600㎜、720㎜、810㎜、900㎜，甚至超过 1000㎜的规格。由于罐径较粗，球团料在热还原反应时热量主要依靠球团之间的热传导，导致还原周期较长，通常小罐径的还原周期为 18 小时，较粗罐径的还原周期甚至可达 22 小时或24 小时。其吨镁约需球团 6.3 吨（即：料镁比 6.3），目前国内仅有的几户竖罐工厂中，全年平均料镁比低于 6.3 的较少，能达到 6.0 的更是罕见。不过，竖罐还原炉采用顶部装料，装料时自动化程度较高，减少了部分人工操作。但大量使用起重设备，增加了用电量及配套用电设备。此外，竖罐还原炉近五六年才被几户企业投入工业化应用，在设计时充分考虑了炉体散热，保温水平较高；

②横罐还原炉的还原罐内径则相对较小，有 350㎜、370㎜、380㎜、390㎜，甚至 400㎜的规格。罐径较小导致还原周期通常12小时，其中370㎜还原罐平均周期为11小时，350㎜还原罐周期更短，可达10.5小时，而400㎜还原罐则长达14小时。其吨镁约需球团 6.3 吨以下，管理水平较好工厂的料镁比甚至能达到 5.8，吨镁热效率相对较高。但由于还原罐水平摆放，装料和出料需滑轨车和叉车配合，半人工操作。且横罐还原炉的设计年代久远，尽管近 10 多年来采用了蓄热体技术并进行了多代改良，但在炉体散热保温方面的设计仍不够理想。

③竖罐与横罐在环保治理、安全水平、能耗水平方面的差距不大，各有优势；2025年第一季度，当镁金属现货价格下探至15000元/吨关键位时，行业成本倒挂现象加剧，国内镁冶炼企业普遍采取提前停产检修措施规避经营风险。重点产区数据显示：陕西府谷两家竖罐冶炼装置、山西两家竖罐生产线、安徽竖罐生产线及新疆某竖罐生产线均进入检修序列。值得注意的是，当时维持生产的国内镁冶炼工厂均为横罐生产线，充分印证了横罐工艺在成本控制方面具备更优的抗压韧性。

④建议：采用横罐还原生产线的企业要将还原炉的技术改造列为优先事项，重点围绕炉膛恒温控制、燃烧系统优化、配风装置升级、炉体散热与保温、物料输送自动化、装料出料机械化、中央集控系统建设、炉体结构创新设计等关键节点制定实施规划。通过推进数字化、智能化升级实现节能降耗目标，依托技术创新构建成本竞争优势，避免盲目参与同质化价格竞争损害行业可持续发展基础。

Ø  精炼工序：

镁金属的精炼采用梯度控温的熔剂净化法。首先将原料粗镁置于精炼坩埚内，镁液于710±10℃的温度范围进行熔融处理，同时加入复合型精炼溶剂。随后将熔化后的镁液在精炼锅恒温静置，在680±10℃的温度区间内保持特定时间，利用熔剂与金属熔体的密度差实现物相分离：金属杂质在重力作用下沉降至溶剂底层，而高纯度镁液则富集于溶剂层上部。最终将净化后的镁液导入保温锅浇铸系统，通过连续铸造工艺制备出符合GB/T 3499标准的系列镁锭产品。

Ø  配气工序：

通过配套制气装置对原煤实施干馏处理，实现其向半焦（兰炭）、煤焦油及半焦煤气的转化过程。其中半焦煤气作为镁冶炼工艺的燃料气源参与生产流程。常规制气装置通常由中低温热解半焦炉、高温热解半焦炉及煤气发生炉等设备构成。针对采用外购燃料气源（包括但不限于天然气、煤层气、冶金焦炉煤气等）的镁冶炼企业，其生产工艺中则无需设立配气工序。


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