浅谈硅热法炼镁工艺中粗镁回收率的影响因素

王秀芬

（云南省有色地质局三一七队，云南 曲靖 655000）

硅热法炼镁是以煅烧白云石为原料，以硅铁做还原剂，以萤石做矿化剂，在高温、真空条件下通过还原反应生产金属镁。其主要工艺过程包括白云石煅烧、炉料制备、真空热还原和粗镁精炼等主要工序。

硅热法炼镁工艺中，粗镁回收率的高低（单罐产量高低）受以下诸多因素的影响：

1 煅烧白云石和氧化镁的质量

煅烧就是白云石在高温条件下的热分解，其反应式为：MgCO3·CaCO3→MgO+CO2↑,煅烧工序时整个工艺过程中的首要环节和关键工序，评价煅烧白云石和氧化镁的质量的标准是其活性度、灼减量和杂质含量三项指标，这三项指标的好坏直接影响还原反应的进行和粗镁的回收率。

（1）煅白的活性度反映了煅白的结晶颗粒大小和表面自由能大小，以及MgO参与化学反应的能力大小。活性度高，表明煅白的结晶细小，具有较大的表面自由能，MgO参与反应的能力大，则还原反应进行的速度快，粗镁回收率必然提高。

（2）煅白的灼减量反映了白云石在煅烧过程中CO2和水分的排除程度。还原反应是在较好的真空条件下进行的，煅白灼减量越低，说明白云石在煅烧过程中CO2和水分排除的越彻底，越有利于还原反应中真空条件的改善及硅铁和粗镁的防氧化。

（3）硅热法炼镁，一般要求白云石中MgO含量达19%～21%，CaO含量达30%～33%。但若是矿石中含有SiO2、AL2O3、Fe2O3等杂质，在煅烧或还原过程中，他们同MgO或CaO形成炉渣，使MgO的活性降低，同时容易造成炉料熔融结瘤，给操作带来困难。

2 还原温度和真空度

硅热法炼镁的化学反应式为：

2CaO+2MgO+Si=2Mg+2CaO·SiO2

其基本原理是利用温度越高，镁的饱和蒸气压越高；而真空度越高，还原时平衡温度越低的理论生产。

通过热力学计算可知，在常压下其还原反应温度为2373℃，这在工业上是无法实现的。由于反应中出现渣相,此时反应温度可降至1750℃，但在生产中，这个温度仍然是很高的。当考虑到参加反应物质的状态时可知,在非标准状态下,化学反应的自由能△F=△F°+RT/nP,式中P为参与反应物质的原始分压比。

反应物中只有镁蒸气呈气态,因此△F=△F°-2RT/nPMg,当PMg＜101.3KPa时，△F的负值将减小，在氧焓图中，其曲线位置将向上移动，反应温度则随之下降，故压力越低，真空度越高，用硅还原氧化镁或煅白的平衡温度也越低。当系统压力由101.3KPa降到5Pa以下时，还原温度可降到1180℃以下。

生产实践证明，硅热法炼镁过程中，在炉料成分一定的情况下，决定粗镁回收率高低最主要的因素为还原温度和真空度。生产中由于受到加热方法、炉体结构以及操作工技能、真空机组性能、气候条件的影响，一般厂家都很难正常保证达到上述条件，故才会出现各厂家生产水平的差距。

3 还原剂的还原能力

还原剂的还原能力实际是指还原剂对氧亲和力的大小。对氧的亲和力大于金属镁对氧亲和力的，就能取代金属镁而同氧化合成氧化物而把金属镁从氧化镁中还原出来。综合经济型考虑，硅热法炼镁一般用75#硅铁（含硅72%～80%）。因为不同品位硅铁的还原能力不同。

主要是由于硅铁中Si存在的形态不同引起的。硅铁中除有游离Si外，还能形成FeSi2、FeSi和Fe3Si2三种化合物，在还原反应中参与反应的主要是游离状态的Si，故品位低于50%的硅铁，由于没有游离状态的硅，所以整个还原反应速度都较慢。

我国硅热法炼镁中，普遍存在着硅铁含硅量低的问题，国标规定含硅72%～80%的硅铁都称为75#硅铁，而实际上含硅仅能达到下限72%，少数甚至低于72%，严重影响了粗镁回收率。

4 配料比

硅热法炼镁按以下反应式来计算配料：

2CaO+2MgO+Si＝2Mg+2CaO·SiO2

在实际配料中，还应考虑煅烧白云石带入的SiO2、AL2O3等杂质以及氧化镁的产出率和还原剂的利用率等因素。镁产出率随炉料中〔Si〕/〔2MgO〕（摩尔比）的增大而提高，炉料中CaO含量，应保证结合成2CaO·SiO2，若CaO不足，则有一部分未反应的MgO会与SiO2反应生成2MgO·SiO2，降低镁的产出率。从我国的情况来看，多采用的配料比为MgO/Si=2.05、CaO/SiO2=1.8。这样计算出的硅铁配入量最符合生产实际。

生产实践中，可按以下经验式进行配料：煅白：硅铁：萤石=100：20～27:3。硅铁20～27主要视硅铁含硅量多少和生产效果确定，如果含75%Si配加硅铁20Kg,随着含硅量降低，逐渐增加配硅铁量。

5 其他因素对镁回收率的影响

（1）添加剂：硅热法炼镁中，添加1%～3%的萤石粉作为矿化剂，有利于物料间相互扩散，加速还原反应，还可以防止炉料烧结和烧熔。

（2）混合料粒度和制团压力：

混合料颗粒小，有利于颗粒之间的接触，从而有利于反应的进行；但若太细，会使压团过程复杂化，制得的团块还原时容易发生热裂，还原罐内有较多碎块和粉末时，影响传热并降低粗镁产出率。所以混合料粒度并非越细越好，生产中大于80目就可以了。

制团压力的大小，影响到团块的强度和密度，物料之间的接触情况，导热率、镁蒸气的扩散等方面。生产中要求制团压力大，但也并非越大越好，因为太大会妨碍镁蒸气扩散，对还原过程不利。最适宜的制团压力在1×108Pa～3×108Pa之间。

（3）还原时间：还原时间的长短取决于把炉料加热到还原温度并保证还原反应进行到终了所需的时间。由于炉料导热性差，还原罐的直径不宜太大，一般Φ外为320mm、壁厚30mm。为了缩短还原周期，生产中要求升温速度快，真空度好，一般还原周期8～10小时。

综上所述，硅热法炼镁工艺中粗镁回收率的影响因素主要是煅烧白云石的质量、还原温度和真空度、配量比，此外混合料粒度、制团压力、添加剂、还原时间等也不同程度影响着还原反应的进行。

故在生产实践中，最主要的工作就是抓原材料供应质量、机械设备的配套及改善环保、稳定质量、降低能耗,提高热利用率，提高粗镁产出率和反应效率，降低成本；科学的工作态度、创新的思维。只有这样，才能确保较高的粗镁产量。