铝和镁的冶炼

1、铝铝 和和 镁镁 的的 冶冶 炼炼一、铝的冶炼一、铝的冶炼二、镁的冶炼二、镁的冶炼 铝铝 的的 冶冶 炼炼1. 炼铝原料炼铝原料2. 铝生产流程铝生产流程3. 氧化铝生产工艺氧化铝生产工艺4. 铝电解体系及其性质铝电解体系及其性质5. 铝电解原理铝电解原理6. 铝电解工艺及设备铝电解工艺及设备7. 原铝的精炼原铝的精炼铝土矿一水硬铝石型铝土矿一水软铝石型铝土矿混合型铝土矿(三水铝石和一水软铝石)含石英的三水铝石型铝土矿纯三水铝石型铝土矿杂质：主要是SiO2、Fe2O3，其次是TiO2，少量CaCO3、MgCO3及Na、K、Cr、V、Ga、P、F、Zn和其他一些元素的化合物。化学成分矿物wAl2

2、O3: 40%60%三水铝石 Al2O33H2O、一水软铝石 Al2O3H2O、一水硬铝石 Al2O3H2OwSiO2: 0.5%10%高岭石 Al4(OH)8Si4O10、石 英 SiO2wFe2O3: 3%30%赤铁矿 Fe2O3、针铁矿 Fe2O3H2OwTiO2: 0.5%8%锐铁矿 TiO2、金红石 TiO2wH2O: 10%34%存在于三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石、高岭石、针铁矿中微量元素Mn、P、V、Cr、Ni、Ga、Ca、Mg等1 炼铝原料炼铝原料冰晶石 铝电解就是从铝土矿中提取出氧化铝，氧化铝的熔点很高(2050)，为进行熔盐电解，需要氟盐作溶剂，使电解温度降低。 各种氟

3、盐中，最主要的是冰晶石，即氟铝酸钠。 冰晶石分天然和人造两种。天然冰晶石储量少，远不能满足电解铝工业的需要，现代铝工业采用人造冰晶石。 人造冰晶石生产方法有 酸法、碱法、干法和磷肥副产法。酸法应用最为广泛。萤 石硫 酸反应器氟化氢气体吸收塔粗氟氢酸精 制碳酸钠氢氧化铝浆精氟氢酸合 成冰晶石浆液过 滤干 燥冰晶石合 成水Na2SiF6氟化钠干 燥氟化钠合 成氟化铝干 燥氟化铝碳素材料铝电解消耗大量碳素材料，特别是碳素阳极，约530600/tAl。铝电解用碳素材料包括：阳极糊、预制阳极块、侧部碳块和阴极碳块四种。铝电解采用高温且具有很大侵蚀性的冰晶石熔液。各种材料中，能够耐高温并能抵御侵蚀性、价格

4、低廉而又导电较好的唯有炭素制品。铝工业用炭素电极-碳阳极和碳阴极。电解过程中，碳阳极参与电化学反应而连续消耗，碳阴极原则上只破损而不消耗。 碳阳极和碳阴极在电解过程中的行为不同，对它们提出的要求不同，制造这两类电极所用的原料也有区别。但生产流程基本相同，右图为阳极糊的典型制备工艺流程。粉 碎配 料筛上料石油焦沥青焦粗 碎煅 烧中 碎筛 分筛下炭块糊挤压或振动成型生 块煅 烧预焙块预焙阳极沥 青混 捏冷却连铸阳极糊2 铝生产流程铝生产流程第一类方案是选用高品位铝土矿，先用化学方法从矿石中提取纯净Al2O3，然后用电解法从Al2O3中提取wAl=99.85%的铝(普遍采用)。第二类方案是选用低品位

5、铝土矿，经物理选矿，分离掉部分硅酸盐矿物，送入溶出流程，提取Al2O3；或者用化学方法分离掉部分Fe2O3和TiO2后，在电弧炉内还原出Al-Si-Fe-Ti合金，以供工业应用(辅助价值)。高品位铝矿低品位铝矿溶 出氧化铝电 解电热还原铝选 矿电热还原铝硅铁钛合金从铝土矿中提取氧化铝从铝土矿提取Al2O3方法有: 碱法、酸法、酸碱联合法、热法。碱法是用NaOH或Na2CO3处理铝土矿，使矿石中的Al2O3转变为铝酸钠溶液。矿石中的Fe、Ti等杂质和大部分Si成为不溶性化合物进入残渣，从溶液中分离出经洗涤后弃去或另行综合利用。从净化后的铝酸钠溶液中可分解析出Al(OH)3，分解母液可在生产中循环

6、使用。碱法生产Al2O3又有拜尔法、碱石灰烧结法和拜尔烧结联合法等流程。 由电极、电解质和盛置电解液的容器构成电解系统 。铝电解-从氧化铝中提取铝3 氧化铝生产工艺氧化铝生产工艺Al2O3提取方法酸 法碱 法拜尔法碱石灰烧结法拜尔-烧结联合法拜尔-烧结并联法拜尔-烧结串联法拜尔-烧结混联法酸碱联合法热 法碱 法拜尔法是直接用含大量游离苛性碱的循环母液处理铝土矿，溶出Al2O3，得到铝酸钠溶液，往铝酸钠溶液中添加Al(OH)3，经长时间搅拌便分解析出Al(OH)3结晶。分解母液经蒸发后再用于溶出下批铝土矿。 拜尔法流程比较简单、能耗低、产品质量好、成本低，但只限于处理高品位的铝土矿(Al/Si应

7、大于7)碱石灰烧结法是在铝土矿中配入石灰石(或石灰)、纯碱，高温下烧结，得到含有固态铝酸钠的熟料，用水或稀碱溶液溶出熟料得出铝酸钠溶液。铝酸钠溶液脱硅净化，通入CO2可分解出结晶的Al(OH)3。碱石灰烧结法较复杂，能耗高、产品质量和成本都不及拜尔法。但它可处理高硅铝土矿。采用拜尔法和烧结法的联合生产流程即拜尔-烧结联合法，可以兼收拜尔法和烧结法的优点，获得较单一的拜尔或烧结法更好的经济效果。 酸 法酸法是用硝酸、硫酸、盐酸等无机酸处理含铝原料而得到相应的铝盐的酸性水溶液。然后使这些铝盐成水合物晶体(经过蒸发结晶)或碱式铝盐(水解结晶)从溶液中析出，也可用碱中和铝盐的水溶液，使铝以Al(OH)

8、3析出，煅烧所得的氢氧化铝或者各铝盐的水合晶体或碱式铝盐，得无水Al2O3。 酸碱联合法酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿中制取含有Fe、Ti等杂质的Al(OH)3，然后再用碱法处理。实质是用酸法除Si、碱法除Fe。酸法用于处理分布很广的高硅低铁含铝原料，如粘土、高岭石，原则上是合理的。与碱法比，酸法需昂贵的耐酸设备，酸的回收比较复杂，从铝盐溶液中清除铁、钛等杂质困难, 至今未能实现工业化。 热 法热法是为处理高硅高铁矿而提出的，实质是在电炉或高炉内还原熔炼矿石，同时获得硅铁合金(或生铁)与铝酸钙炉渣，二者借密度差分离后，再用碱法从炉渣中提取Al2O3。 拜尔 法铝酸钠溶液的晶种分解：在常温下，向

9、摩尔比为1.8的Na2O和Al2O3组成的铝酸钠溶液中添加Al(OH)3作晶种，不断搅拌，溶液中的Al2O3以Al(OH)3析出，直到其中Na2O和Al2O3的摩尔比提高到6。利用晶种分母液溶出铝土矿：已经析出大部分Al(OH)3的溶液，在加热时，又可溶出铝土矿中的Al2O3水合物。交替使用这两过程就能够一批批地处理铝土矿，从中得出较纯的Al(OH)3产品，构成拜尔法循环。实质：Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq。 拜尔法生产工艺流程流程原矿浆制备高压溶出溶出矿浆稀释和赤泥分离及洗涤晶种分解Al(OH)3分级与洗涤Al(OH)3焙烧过程及目的将如铝土矿石灰

10、铝酸钠溶液等按一定的比例配制出化学成分物理性能都符合溶出要求的原矿浆。 溶出的目的是将铝土矿中Al2O3水合物溶解成铝酸钠溶液，溶出效果好坏直接影响拜耳法生产Al2O3的技术经济指标。铝硅比矿浆细度液固比、氧化钙加量补充碱量循环母液浓度配料摩尔比等。 溶出温度溶出时间溶出率碱耗热耗。 稀释可以促进铝酸钠溶液的分解；降低铝酸钠溶液的粘度，便于赤泥的沉降分离；促使铝酸钠溶液进一步脱硅。由于分离后的赤泥附带着部分铝酸钠溶液，为了减小Al2O3和Na2O的损失，要对赤泥进行洗涤。 技术指标将铝酸钠溶液降温，增大其过饱和度，再加入Al(OH)3作晶种，并进行搅拌，析出Al(OH)3。 种分分解率分解槽单

11、位产能以及所得到的Al(OH)3的质量摩尔比种分初温分解终温、种子比分解时间 晶种分解得到的Al(OH)3浆液，要进行分离才能得到所需要的Al(OH)3和晶种母液。 Al(OH)3洗水量料浆液固比产品Al(OH)3含水率过滤机产能。 煅烧是将Al(OH)3在高温下脱去附着水和结晶水，并使其晶型转变，制得符合电解要求的Al2O3。 化学纯度、灼减、Al2O3的含量、Al2O3粒度等。煅烧过程的技术及经济指标有煅烧温度、燃料消耗量、产量等。 拜尔-烧结串联法生产Al2O3工艺流程图 拜尔-烧结并联法生产Al2O3工艺流程图 NaF-AlF3铝电解体系从NaF-AlF3二元系相图可以看到，除液相区外

12、，共有10个两相平衡区。5个反应：其中包括2个共晶反应，2个包晶反应和1个分解反应。共有三个化合物：冰晶石(Na3AlF6)，亚冰晶石(Na5Al3F14)和单冰晶石(NaAlF4)。冰晶石和亚冰晶石在常温下可以稳定存在，单冰晶石则会发生分解反应。该二元系中存在两个化合物，即冰晶石(Na3AlF6)和亚冰晶石(Na5Al3F14)两个共晶点。在纯冰晶石熔体中添加NaF或AlF3，都使得混合熔体的初晶温度降低，是工业上采用酸性电解质的原因之一。4 铝电解质体系及其性质铝电解质体系及其性质 Na3AlF6-Al2O3二元系 Al2O3溶解在冰晶石中可构成铝电解的基本体系。Na3AlF6-Al2O3

13、二元系被公认为简单共晶系，共晶点在wAl2O3=10%11.5%处，温度为960963。Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系 由于三元系的侧部二元系(Na3AlF6-AlF3)中有不稳定的化合物，因而该系比较复杂并且由于AlF3是一种挥发性很大的物质，以致AlF3-Al2O3二元系难以测定，所以Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系相图至今尚未完成，只局限于目前常用的冰晶石一角。(1) 添加剂的应用 在铝工业生产中经常向冰晶石-氧化铝溶液中添加可改善体系物理化学性质并能提高电解生产指标的盐类。盐类添加剂应满足下列要求：在铝电解过程中不分解，可以保证铝的质量和电流效率。对氧化铝在冰晶石

14、熔液中的溶解度没有大的影响。来源广泛，价格低廉。基本满足上述要求的添加剂有：CaF2、MgF2、LiF、NaCl、BaCl2。种 类酸 度添加剂质量分数/%Al2O3质量分数/%电解温度/过量氟化铝/w AlF3(%)NaF/AlF3摩尔比(n NaF/ n AlF3)传统电解质372.82.5CaF2: 69%5970弱酸性电解质242.82.7CaF2: 23%MgF2: 35%LiF: 23%34960970酸性电解质7142.52.1CaF2: 24%24950960低熔点电解质15402.21.1CaF2: 23%MgF2: 35%LiF: 12%24800900(2) 电解质性质

15、电解质的熔度电解质的密度 熔度：由两种或更多晶体物质组成的混合熔体，在冷凝时有一个固定的初晶温度，即熔度。固态晶体开始熔化的温度称为该晶体的熔点，熔度与熔点的物理意义不同，但数值上相等。 生产中电解质的熔度越低越好，可降低工作温度。工作温度越低，电解设备的热损坏、热变形越小，可延长设备使用寿命，工作环境易得到改善，电解质的挥发损失越小。 工业铝电解质熔体的密度随氧化铝含量增多而降低。从生产中一次加料后到下一次加料前过程中电解质熔体的密度随氧化铝浓度的减小而增加。 在电解槽正常生产过程中，上层是电解质，下层是铝液，因此实际生产中需要电解质密度较低为好。铝电解质密度的大小直接影响电解质熔体和铝液分

16、离是否良好。电解质的电导率 研究铝电解的电导率，在理论上可以了解电解质熔体的结构和离子迁移的机理。 生产中需电解质具有大的导电率。电解导电性越好，电压降就越小，越利于降低生产能耗。电解质的粘度 工业铝电解质的粘度保持在310-3Pas左右，过大或过小，对生产不利。电解质粘度过大，会降低Al2O3在其中的溶解速度，会阻碍电解质中的碳渣分离和阳极气体逸出，给生产带来危害。但粘度过小，会加快电解质的循环，加快铝在电解质中的溶解损失，降低电流效率，加快Al2O3在电解质中的沉降速度，造成槽底沉淀。电解质的表面性质 表面张力：熔体表面质点(分子、原子或离子)因受内层作用力的影响，具有向内收缩的趋势，表面

17、质点对内部质点产生一种压力。界面张力：界面张力实质上也是表面张力，不同的是前者的接触相是一种不相容的液体(或熔体)，后者接触相是气体；湿润度：润湿度是表示液相对固相的湿润能力。5 铝电解原理铝电解原理(1) 分解电压分解电压：维护长时间稳定电解，并获得电解产物所必须加到两极上的最小电压。理论分解电压等于两个平衡电极电势之差：平平OTE理论分解电压在数值上等于两个电极所构成的原电池的电动势。理论分解电压可通过热力学计算求得。根据电化学理论，某化合物的理论分解电压等于相应的原电池的电动势。电解中分解某化合物所需的能量，其数值上等于原电池对外所作的最大非膨胀功，也等于该化合物分解反应的自由能变。或/

18、OOOOTTTTnFEGEGnF 式中 化合物的理论分解电压(V) F法拉第常数(F=96487C/mol ) 反应温度下反应的自由能变化(Jmol-1) n电池反应相应的电荷数。 OTEOTG(2) Al2O3分解电压Al2O3分解电压，因电极材料是否参与反应而有区别，即有惰性阳极和活性阳极之分。 以惰性材料为阳极时，先计算出Al2O3的生成自由能，Al2O3的生成反应式：2Al(液)+1.5O2=Al2O3(固) fGm(Al2O3)=1707942.3-25.8990TlgT-3.263510-3T2+16.4431105T-1+427.5630T(Jmol-1)温度/KfGm (Al2

19、O3)/ Jmol-1ET/V1000-1359716.32.3501100-1326746.42.2941200-1294111.22.2371223-1286370.32.2241273-1269676.52.1961300-1261183.12.178采用活性阳极, 铝电解生产中阳极是采用活性材料-炭素。在阳极上析出的氧气进一步和炭阳极反应，生成CO和CO2。Al2O3分解电压可以从下列两组反应式分别求得：2Al(液)+1.5CO2(气)= Al2O3(固)+1.5C(固) (1)2Al(液)+3 CO(气)= Al2O3(固)+3C(固) (2)Gm(1)=-1120.56+0.46T

20、-0.035TlgT-3.7010-6T2+1.8103T-1 kJmol-1 (1)Gm(2)=-1380.80+0.67T-1.0310-2TlgT-1.6710-4T2+2.44103T-1 kJmol-1 (2)温度Gm(1)(ET)1Gm(2)(ET)2KJmol-1VJmol-1V1000-7660001.32-7585601.311100-7328701.27-6995601.211200-7000301.21-6405301.111223-6925401.20-6270601.081273-6758401.17-5975601.031300-6670601.15-5817401

21、.00 电解质中其它组分分解电压反应式E1100kE1200kE1300kAl+1.5F2=AlF34.154(-120.21)4.064(-117.61)3.976(-115.02)Na+0.5F2=NaF4.762(-45.94)4.633(-44.69)4.451(-42.93)CaF+0.5F2=CaF25.372(-103.64)5.287(-102.01)5.202(-100.37)Mg+F2=MgF24.831(-93.22)4.739(-91.42)4.652(-89.75)Li+0.5F2=LiF5.252(-50.67)5.175(-49.92)5.100(-49.20)N

22、a+0.5Cl2=NaCl3.226(-31.13)3.140(-30.29)2.995(-28.91)2Al+1.5O2=Al2O32.294(-132.80)2.237(-129.45)2.178(-126.02)注：括号中数值是相应fG m/kJmol-1值(2) 电解反应 电解过程中的两极反应 阳极效应 阳极效应是发生在阳极上的一种特殊现象，当其发生时，阳极上出现许多细小而明亮的电弧，槽电压升高到数十伏。在工业铝电解中，通常是当电解质中氧化铝的质量分数减少到1%左右时发生阳极效应。冰晶石-氧化铝电解质阳极上产生气体而引起对电解液的排斥作用，是发生阳极效应的原因。 铝的溶解铝在冰晶石-氧

23、化铝熔液中溶解度甚小，在1000时wAl仅为0.05%0.10%。溶解有四种方式：铝与冰晶石熔液发生化学反应，生成低价氟化铝： 2Al(液)+ Na3AlF6(液)=3NaF(液)+3AlF(液)铝置换冰晶石中的钠，生成单质钠：Al(液)+ Na3AlF6(液)=3Na(液)+2AlF3(液)铝以电化学溶解方式，生成低价铝离子，并给出电子：Al(液)= Al+(液)+2e物理混合: 铝以金属微粒的形态存在于冰晶石-氧化铝熔液中。6 铝电解工艺及设备铝电解工艺及设备(1) 铝电解槽不连续式预焙阳极电解槽连续式预焙阳极电解槽侧插槽(侧部导电自焙槽)上插槽(上部导电自焙阳极槽)自焙阳极电解槽又因阳极

24、棒插入的方式不同而分为上插槽和侧插槽。自焙槽的烟气难于治理，限制了自焙槽的发展。预焙阳极电解槽可分为连续型和间断型两种，连续型电解槽由于阳极过电压较大。应用最广泛的是预焙槽，其次是上插棒式槽，最后是旁插棒式槽。 电解槽的结构主要由阳极装置、阴极装置和导电母线系统三大部分组成。A：阳极装置阳极碳块组：预焙槽有多个阳极碳块组，每一组包括23块预制阳极炭块。炭块、钢爪、铝导杆组装成电解用阳极。导杆则是采用渗铝法和爆炸焊与钢爪焊接在一起的。铝导杆通过夹具与阳极母线大梁夹紧，将阳极悬挂在大梁上。阳极母线大梁：承担整个阳极的重量，并将电流通过阳极输入电解槽。阳极升降机构：它带动母线大梁上下移动，调整阳极的

25、位置。 B：阴极装置 由钢制槽壳、阴极炭块组和保温材料砌体组成。 C：导电母线及配置 电解槽导电母线系统包括阳极母线、阴极母线、立柱母线和槽间连接母线。材质为大截面的铸造铝板。还有阳极软母线和阴极小母线，阳极软母线用于立柱和阳极母线的连接，阴极小母线用于阴极钢棒和阴极母线的连接。(2) 铝电解槽的焙烧和启动铝电解生产过程分三个阶段：焙烧、启动和正常生产阶段。铝电解槽焙烧目的，在于加热阳极、阴极和炉膛，以利于启动。铝电解槽的启动是指在电解槽内熔化电解质和铝，开始电解，然后逐步转入正常生产。(3) 电解槽常规作业加料 加料就是定时定量地向电解槽中补充氧化铝，新型电解槽采用连续或点式下料，每次下料有

26、规定的时间间隙。 加料的目的在于保持电解质中Al2O3浓度稳定。电解质熔体中Al2O3的质量分数一般为5%8%。 加料程序是先扒开在壳面上预热的氧化铝层，再打开壳面，将氧化铝推入熔体，然后往新凝固的壳面上添加一批新氧化铝。不允许将冷料直接加入电解质中。加料作业除补充Al2O3外，还需调整电解质组成，如补充添加剂，调整电解质的冰晶石摩尔比等。 出铝电解出的铝定期、定量地从电解槽中取出。工业电解槽取出的铝液，常含三类杂质：u 铝电解过程中，随同铝一道析出的金属杂质，如Si、Fe、Na、Ti、V、Zn、Ca。u 非金属固态夹杂物，如Al2O3、炭和碳化物。u 气体夹杂物，如H2、CO2、CO、CH4

27、和N2。 出铝一般用真空抬包来完成。抽出的铝液运往铸造部门。铝锭铸造前，铝液经熔剂净化、质量调配、扒渣澄清等处理，一般都在混合炉内按一定顺序依次进行，然后铸造成各种形状的铝坯或商品铝锭。 阳极作业自焙阳极在电解过程中阳极糊是借助于电解高温完成阳极-阳极锥体焙烧的。它在生产中因参与电化学反应而不断消耗，阳极工作的主要任务是补充阳极糊和转接阳极小母线。预焙阳极作业有三项： 定期按照一定顺序更换阳极块，以保持新、旧阳极能均匀地分担电流，保证阳极大梁不倾斜。 阳极更换后必须用氧化铝覆盖好。 抬起阳极大梁，因为大梁随着阳极块的消耗而位置降低，当达到不能再降的位置时，就必须将它抬高。 7 7 原铝的精炼原

28、铝的精炼 Na3AlF6-Al2O3熔盐电解质所得原铝金属杂质主要是Fe、Si、Cu。它们主要是原材料(氧化铝、氟化盐、阳极)带入的，生产中铁工具和零件的熔化以及内衬的破损、炉帮的熔化等也可成为其来源。因此提高原铝的质量要选用高质量的原材料。原铝精炼的方法三层液精炼法凝固提纯定向提纯区域熔炼分布提纯(1) 三层液电解精炼法 阳极熔体由待精炼的原铝和加重剂(铜)组成，密度大(3.23.5gcm-3)而居最下层。 中间一层为电解质，密度为2.52.7 gcm-3。 最上一层为精炼所得的精铝，密度为2.3 gcm-3，与石墨阴极或固体阴极相接触，成为实际的阴极。 (2) 凝固提纯依据：固熔体的相平衡

29、理论指出，完全互溶的固溶体在冷凝(或熔化)时，固相和液相的组成是不同，即各种组分在固相和液相中的浓度是不同的。只要将这种固体溶体逐步冷却凝固，便可将某种组分富集在固相或液相之中，达到分离或提纯的目的。方法：定向提纯、分布提纯、区域熔炼。 定向提纯原理：通过熔融铝液的冷却凝固，除去原铝中分配系数K1的杂质，即在原铝凝固时，上述杂质元素(K1)将大部留在液相之中而被除去，原铝得到提纯。操作程序：在凝固过程中，在逐步凝固的界面上(2-3)将铝液进行搅拌，使杂质元素不断地扩散转移到液相，凝固结晶的铝即为高纯铝，然后放出液铝。凝固下来的铝如果进一步提纯精炼，可重复上述操作，进一步分离杂质元素。重复的次数

30、越多，铝的纯度就越高。 分布提纯定向提纯只能除去原铝中 K1的杂质元素，为了进一步除K 1的杂质，则可采用分布提纯法。分布法的主要特点是采用化学方法除去 K 1的杂质。原理是：使杂质元素和硼形成不溶于铝液的硼化物。操作过程：将原铝熔化，在熔融铝液中加入铝硼合金，杂质立即与硼生成硼化物沉渣。提出铝液后，经澄清，然后进行定向提纯，所得的结晶铝既除去了 K 1的杂质，又除去了 K1的杂质，其纯度更高，明显优于定向法。 区域熔炼操作过程：加热器沿着被处理的固体长条铝锭缓慢移动。在加热器所在位置造成一个熔融区，金属中 K1的杂质大部分将富集在熔融金属液中。随着溶区的移动，杂质也随着移动，当达到端头时。

31、K1的杂质就凝固下来，切去端头后所得金属就是提纯了的金属铝。当杂质的 K 1时，情况与上述相反，即杂质集中始端。如果两种杂质都存在则将两端切去，中间部分的金属即为高纯铝。 镁镁 的的 冶冶 炼炼 1. 炼镁原料炼镁原料2. 镁的生产方法镁的生产方法3. 硅热还原法炼镁硅热还原法炼镁4. 电解法炼镁电解法炼镁1 炼镁原料矿 物分 子 式含镁量(%)主要分布国家蛇纹石橄榄石滑 石3MgO2SiO22H2O(Mg、Fe)2SiO43MgO4SiO2H2O26.334.619.2俄罗斯、加拿大意大利、挪威美国、西班牙菱镁矿白云石MgCO3MgCO3CaCO328.813.2中国、印度、美国、奥地利、巴

32、西中国、俄罗斯、美国、日本水氯镁石光卤石MgCl26H2OMgCl2KCl6H2O12.08.8中国、俄罗斯、美国、西班牙中国、俄罗斯、美国、西班牙硫酸镁石钾镁矾石杂卤石无水钾镁矾白钠镁矿MgSO4H2OMgSO4KCl3H2OMgSO4K2SO42CaSO42H2O2MgSO4K2SO4MgSO4Na2SO44H2O17.69.84.011.77.0俄罗斯、中国、美国德国中国国家镁厂使用原料含量生产方法产能(万吨/年)美国道屋公司(DOW)铅公司罗莱镁厂镁公司斯尼特镁厂西北铝合金公司阿迪镁厂海水大盐湖湖水地下盐卤白云石Mg=1.3kg/m3Mg=7kg/m3MgCl2=12%MgO=20%低

33、水料电解无水氯化镁电解无水氯化镁电解半连续硅热法12.254.51.02.4俄罗斯 各家镁厂光卤石MgCl2=25%无水光卤石电解8.0挪威海德鲁公司(Norsk-Hydro CO) 卤水海水+白云石HCl保护脱水-电解法氯化-电解法5.0法国通用镁公司马利格纳克镁厂白云石半连续硅热法1.4意大利 镁公司博尔赞镁厂白云石内部电热硅热法1.2加拿大 多米尼昂镁公司哈雷镁厂白云石横罐硅热法及半连续硅热法3.2日本古河镁厂宇部兴产镁厂白云石海水氧化镁横罐硅热法横罐硅热法0.660.552 镁的生产方法镁的生产方法硅热还原法熔盐电解法(根据原料不同)横罐硅热还原法(皮江法)半连续法(马格尼特工艺)菱镁

34、矿或氧化镁氯化生产无水氯化镁从氯化镁熔液制取低水氯化镁水合物和无水氯化镁光卤石脱水制取无水光卤石供电解以氯化镁熔液(或光卤石)和菱镁矿(或氧化镁)为原料生产金属镁的联合流程。镁钛联合流程A 皮江法粗 镁煅 白萤 石白云石硅 铁粗 碎煅 烧粗 碎配料细磨压 球真空热还原精 炼表面处理金属镁渣作肥料用溶 剂真空系统3 硅热还原法炼镁硅热还原法炼镁B 马格尼特法铝土矿白云石硅 铁破 碎破 碎破 碎真空还原结晶镁或液体镁精 炼铸 锭商品镁溶 剂煅 烧煅 烧配 料(1) 硅热法炼镁的原理2(CaOMgO)+Si=2CaOSiO2+2Mg用硅铁还原煅烧白云石，CaOMgO-Si系的反应速度很大，是由于还原

35、过程中有气相参与反应，认为与氧化镁发生作用的是蒸气状态的硅，或是蒸气压较高的SiO。CaOMgO-Si系之间的反应是由于过程中生成了中间化合物CaSi2和CaSi，然后进行固相和液相之间的还原反应。CaOMgO-Si系之间的反应，在温度8731073K时，生成中间化合物(CaSi2)，当温度超过11631293K时，CaSi2熔化并分解出钙的蒸气，然后是氧化镁与钙的蒸气产生还原反应。(2) 煅烧白云石制取煅白 白云石的分解 白云石是CaCO3和MgCO3的复合物，当加热到某一温度时，白云石中的CaCO3和MgCO3按下式分解为CaO和MgO：MgCO3CaCO3=MgOCaO+2CO2。白云石

36、煅烧的第一阶段是MgCO3的分解，分解温度为10071108K，第二阶段是CaCO3的分解，分解温度为11771473K。 影响煅白质量的因素：矿物结构、煅烧温度、煅烧时间、白云石的粒度。 煅烧白云石的设备：回转窑(3) 还原炉料的准备 还原剂的选择还原能力：AlSiCaC2C 在硅热法炼镁生产中，通常用硅铁或硅铝合金作还原剂。 添加剂的选择 为加速还原反应进行，炉料需配入矿化剂。用于硅热法炼镁用的矿化剂有MgF2、CaF2、NaF、AlF3等，MgF2最佳，其次CaF2。一般都使用CaF2或高品位萤石作矿化剂。萤石的添加量须控制在一定范围，添加量以煅白与硅铁量的3%为宜，添加量小于1%，效果

37、不明显；超过4%，其效果变坏，阻止硅原子扩散并使炉渣发软，增加扒渣的困难。 煅白、萤石及硅铁的配料 还原炉料主要成分为煅白、硅铁和萤石粉，硅铁配入量应在2030%可获得较好的镁出产率。 目前生产采用配料比一般为煅白:硅铁:萤石粉=80:16.5:3.5(煅白中MgO38%，硅铁中Si75%) 煅白、萤石及硅铁的磨粉工艺回转窑生产的煅白粗 碎合格煅白竖窑生产的煅白硅 铁粗 碎3040mm煅白细 磨混合磨天然萤石(萤石粉)粗 碎硅 铁萤石粉粗 碎混合磨炉料(100%-100目)炉料(100%-100目)(4) 镁的真空热还原 硅热还原法特点 与电解法相比：可直接采用天然原料白云石、菱镁矿、蛇纹石等

38、；不需直流电作热源，可用燃料莱代替电能；工艺过程简单，生产过程不产生有害气体；副产的炉渣可用作生产肥料或水泥的原料；间接加热的横罐真空还原炉所得的金属镁的纯度较高。但单罐产量低，物料消耗大，耗能高；作业环境差及存在三废污染；还原剂价格昂贵。 真空热还原特点 还原剂硅铁、煅白和矿化剂萤石经细磨混合制成的球团在高温下进行反应，反应在固相与固相之间进行。反应为吸热反应，并在真空条件下无对流给热，球团热导率很小。还原反应过程中，没有还原气体从球团外面向里面扩散，只有还原析出的镁蒸气向外扩散并在镁结晶器中冷凝结晶。还原反应后的残渣为-2CaOSiO2，其导热性比球团差。还原反应为缩核反应，当还原效率小于85%时，未反应的残渣中心有一个残核，残核中MgO含量与未反应时球团中的MgO含量相同。还原反应是从球