淺談硅熱法煉鎂工藝中粗鎂回收率的影響因素

王秀芬

（云南省有色地質局三一七隊，云南 曲靖 655000）

硅熱法煉鎂是以煅燒白云石為原料，以硅鐵做還原劑，以螢石做礦化劑，在高溫、真空條件下通過還原反應生產金屬鎂。其主要工藝過程包括白云石煅燒、爐料制備、真空熱還原和粗鎂精煉等主要工序。

硅熱法煉鎂工藝中，粗鎂回收率的高低（單罐產量高低）受以下諸多因素的影響：

1 煅燒白云石和氧化鎂的質量

煅燒就是白云石在高溫條件下的熱分解，其反應式為：MgCO3·CaCO3→MgO+CO2↑,煅燒工序時整個工藝過程中的首要環節和關鍵工序，評價煅燒白云石和氧化鎂的質量的標準是其活性度、灼減量和雜質含量三項指標，這三項指標的好壞直接影響還原反應的進行和粗鎂的回收率。

（1）煅白的活性度反映了煅白的結晶顆粒大小和表面自由能大小，以及MgO參與化學反應的能力大小。活性度高，表明煅白的結晶細小，具有較大的表面自由能，MgO參與反應的能力大，則還原反應進行的速度快，粗鎂回收率必然提高。

（2）煅白的灼減量反映了白云石在煅燒過程中CO2和水分的排除程度。還原反應是在較好的真空條件下進行的，煅白灼減量越低，說明白云石在煅燒過程中CO2和水分排除的越徹底，越有利于還原反應中真空條件的改善及硅鐵和粗鎂的防氧化。

（3）硅熱法煉鎂，一般要求白云石中MgO含量達19%～21%，CaO含量達30%～33%。但若是礦石中含有SiO2、AL2O3、Fe2O3等雜質，在煅燒或還原過程中，他們同MgO或CaO形成爐渣，使MgO的活性降低，同時容易造成爐料熔融結瘤，給操作帶來困難。

2 還原溫度和真空度

硅熱法煉鎂的化學反應式為：

2CaO+2MgO+Si=2Mg+2CaO·SiO2

其基本原理是利用溫度越高，鎂的飽和蒸氣壓越高；而真空度越高，還原時平衡溫度越低的理論生產。

通過熱力學計算可知，在常壓下其還原反應溫度為2373℃，這在工業上是無法實現的。由于反應中出現渣相,此時反應溫度可降至1750℃，但在生產中，這個溫度仍然是很高的。當考慮到參加反應物質的狀態時可知,在非標準狀態下,化學反應的自由能△F=△F°+RT/nP,式中P為參與反應物質的原始分壓比。

反應物中只有鎂蒸氣呈氣態,因此△F=△F°-2RT/nPMg,當PMg＜101.3KPa時，△F的負值將減小，在氧焓圖中，其曲線位置將向上移動，反應溫度則隨之下降，故壓力越低，真空度越高，用硅還原氧化鎂或煅白的平衡溫度也越低。當系統壓力由101.3KPa降到5Pa以下時，還原溫度可降到1180℃以下。

生產實踐證明，硅熱法煉鎂過程中，在爐料成分一定的情況下，決定粗鎂回收率高低最主要的因素為還原溫度和真空度。生產中由于受到加熱方法、爐體結構以及操作工技能、真空機組性能、氣候條件的影響，一般廠家都很難正常保證達到上述條件，故才會出現各廠家生產水平的差距。

3 還原劑的還原能力

還原劑的還原能力實際是指還原劑對氧親和力的大小。對氧的親和力大于金屬鎂對氧親和力的，就能取代金屬鎂而同氧化合成氧化物而把金屬鎂從氧化鎂中還原出來。綜合經濟型考慮，硅熱法煉鎂一般用75#硅鐵（含硅72%～80%）。因為不同品位硅鐵的還原能力不同。

主要是由于硅鐵中Si存在的形態不同引起的。硅鐵中除有游離Si外，還能形成FeSi2、FeSi和Fe3Si2三種化合物，在還原反應中參與反應的主要是游離狀態的Si，故品位低于50%的硅鐵，由于沒有游離狀態的硅，所以整個還原反應速度都較慢。

我國硅熱法煉鎂中，普遍存在著硅鐵含硅量低的問題，國標規定含硅72%～80%的硅鐵都稱為75#硅鐵，而實際上含硅僅能達到下限72%，少數甚至低于72%，嚴重影響了粗鎂回收率。

4 配料比

硅熱法煉鎂按以下反應式來計算配料：

2CaO+2MgO+Si＝2Mg+2CaO·SiO2

在實際配料中，還應考慮煅燒白云石帶入的SiO2、AL2O3等雜質以及氧化鎂的產出率和還原劑的利用率等因素。鎂產出率隨爐料中〔Si〕/〔2MgO〕（摩爾比）的增大而提高，爐料中CaO含量，應保證結合成2CaO·SiO2，若CaO不足，則有一部分未反應的MgO會與SiO2反應生成2MgO·SiO2，降低鎂的產出率。從我國的情況來看，多采用的配料比為MgO/Si=2.05、CaO/SiO2=1.8。這樣計算出的硅鐵配入量最符合生產實際。

生產實踐中，可按以下經驗式進行配料：煅白：硅鐵：螢石=100：20～27:3。硅鐵20～27主要視硅鐵含硅量多少和生產效果確定，如果含75%Si配加硅鐵20Kg,隨著含硅量降低，逐漸增加配硅鐵量。

5 其他因素對鎂回收率的影響

（1）添加劑：硅熱法煉鎂中，添加1%～3%的螢石粉作為礦化劑，有利于物料間相互擴散，加速還原反應，還可以防止爐料燒結和燒熔。

（2）混合料粒度和制團壓力：

混合料顆粒小，有利于顆粒之間的接觸，從而有利于反應的進行；但若太細，會使壓團過程復雜化，制得的團塊還原時容易發生熱裂，還原罐內有較多碎塊和粉末時，影響傳熱并降低粗鎂產出率。所以混合料粒度并非越細越好，生產中大于80目就可以了。

制團壓力的大小，影響到團塊的強度和密度，物料之間的接觸情況，導熱率、鎂蒸氣的擴散等方面。生產中要求制團壓力大，但也并非越大越好，因為太大會妨礙鎂蒸氣擴散，對還原過程不利。最適宜的制團壓力在1×108Pa～3×108Pa之間。

（3）還原時間：還原時間的長短取決于把爐料加熱到還原溫度并保證還原反應進行到終了所需的時間。由于爐料導熱性差，還原罐的直徑不宜太大，一般Φ外為320mm、壁厚30mm。為了縮短還原周期，生產中要求升溫速度快，真空度好，一般還原周期8～10小時。

綜上所述，硅熱法煉鎂工藝中粗鎂回收率的影響因素主要是煅燒白云石的質量、還原溫度和真空度、配量比，此外混合料粒度、制團壓力、添加劑、還原時間等也不同程度影響著還原反應的進行。

故在生產實踐中，最主要的工作就是抓原材料供應質量、機械設備的配套及改善環保、穩定質量、降低能耗,提高熱利用率，提高粗鎂產出率和反應效率，降低成本；科學的工作態度、創新的思維。只有這樣，才能確保較高的粗鎂產量。