電熔鎂砂制備工藝及熔煉過程

周旋　賈玉龍　李建宏

摘 要：基于電熔鎂砂表現出的優良特性，其廣泛應用于高溫電氣絕緣材料，及不定形耐火材料的重要原料，此外，單晶、多晶、高純電熔氧化鎂，用于制造高級和超高級耐溫、耐壓、耐高頻絕緣材料、熱電偶材料、電子陶瓷材料、火箭、核子熔爐等。

關鍵詞：電熔鎂砂；制備；熔煉；菱鎂石；水氯鎂石

針對電熔鎂砂是重要的工業原材料，其生產工藝簡單，主要以氧化鎂壓球料為原料，采用電弧爐熔融法制備而成。介紹了我國電熔鎂砂制備工藝技術方面的研究成果，主要表現在選擇適宜的化學添加劑改善鎂砂的性能以及高效新工藝的開發。

1 我國電熔鎂砂制備工藝及應用

我國電熔鎂砂制備優化工藝。當前我國電熔鎂產業仍在沿用電弧爐生產方式，技術裝備相對落后，效率低，能源浪費嚴重，余熱潛能流失嚴重；電熔鎂砂生產過程中還存在著嚴重的粉塵污染，并大量排放二氧化碳，加重了大氣溫室效應，惡化周邊環境。現有電熔鎂技術裝備亟待更新換代，現有工藝急需創新，因此，采用集成技術發展節能環保的新式電熔鎂裝備及制備工藝是發展電熔鎂產業的重要選擇。近年來，國內的科技工作者在電熔鎂砂的生產工藝方面進行了改進和優化，并取得了一定的成效。電熔鎂砂的生產工藝流程短而簡單，但設備投入和資源消耗大。我國電熔鎂砂產業多采用電弧爐熔融天然菱鎂礦石制備電熔鎂砂，生產工藝技術裝備落后，功率低、容量小、效率低、自動化程度低，生產出的電熔鎂砂產品品位不高，導致鎂資源利用率低，環境污染嚴重。通過利用鹽湖鹵水與氨氣反應后生成氫氧化鎂在煅燒后生成輕質氧化鎂，可以通過洗滌、過濾等方法有效地除去雜質離子，氧化鎂的純度高達99.9%，在較低溫度下輕燒得氧化鎂粉末，而后經一定壓力壓球，制取高純電熔鎂砂。其中青海西部鎂業有限公司目前正在建設一套3萬噸/年高純電熔鎂砂項目，建成后將填補國內外由鹽湖鹵水制備的高純Mg（OH）2中間體為原料生產高純電熔鎂砂生產工藝的空白。

2 電熔鎂砂熔煉過程研究

電熔鎂砂熔煉工藝原理。電熔鎂砂是采用電弧熔融法進行制備，其裝備是電熔鎂電弧爐（礦熱埋弧電爐），即通過電極的埋弧電熱和物料的電阻電熱來熔煉物料。其電耗很大，爐體一般呈圓形，三根電極布置成三角形。電熔鎂爐在生產過程中，是以電弧電熱對爐料加熱使之熔化，形成熔池，電弧電熱越大，物料熔化的速度越快。電熔鎂砂的制備是以氫氧化鎂煅燒氧化鎂壓制成球后為原料，在4000 kVA高溫電弧爐中經冶煉、熔化再結晶后形成的鎂砂制品，在不同類型的電弧爐中通過電弧加熱產生高溫（≥2 800℃），使鎂質原料在爐中受熱、脫水（釆用水氯鎂石）、溶融、析晶、晶體長大、冷卻等一系列物理化學變化過程，形成一種耐高溫、硬度大、純度高的電熔氧化鎂晶體。

青海西部鎂業電熔鎂砂產品是以氫氧化鎂煅燒氧化鎂壓制成球后為原料，在4000 kVA高溫電弧爐中經冶煉、熔化再結晶后形成的鎂砂制品。

電熔鎂砂熔煉過程。電熔鎂砂的熔煉過程主要分為填料階段、起弧階段、熔融階段、加料階段、冷卻階段以及停爐階段：填料階段。在電熔開始工作之前需往爐內裝料，應做到將料壓實壓密，并在粉料的最上層鋪一層工業冶金焦炭，其平鋪范圍在三根電極所形成的三角形范圍內，使得起弧后電路形成回路；起弧階段。調節電極，開始進入起弧階段；熔融階段。起弧后，待電流趨于平穩后，電極周圍的原料開始熔融，熔池逐漸形成；加料階段。隨氧化鎂原料不斷消耗，熔池液面開始下降，待熔池穩定后可往電極周圍填料，進入加料階段（需注意不要破壞熔池的穩定性）；冷卻階段。熔煉完成后，電極逐漸被氧化消耗，電流減小。需通過冷卻給熔池內的氧化鎂晶體創造一個穩定散熱降溫的環境，使其冷凝結晶出多晶氧化鎂產品；停爐階段。停爐過程中，往往采用手動加料，為了減少排氣，電極附近要加入氧化鎂坯砂（氧化鎂輕燒粉不含CO2），并多加細粉料，有利于產品產量及品質提高。

電熔鎂砂熔融結晶過程。電熔鎂砂的熔融結晶過程伴隨著雜質的遷移和析出，在熔煉過程中，由于各組分的熔點和密度不同，其析出方式存在差異：熔融開始時，隨溫度的升高，熔點較低的雜質先達到熔點溫度，并轉變成液態；隨溫度繼續升高，當達到氧化鎂熔點溫度時，此時氧化鎂開始熔化，因氧化鎂的密度相對較高，其它雜質的密度相對較低，加上熔池中二氧化碳和水蒸氣的不斷上升，使得雜質逐漸向上遷移。其中，低熔點的雜質可以直接升華成氣態從熔池中逸出，因而熔池中氧化鎂的含量越來越高；隨溫度略微降低，氧化鎂晶體開始結晶析出，此時系統溫度仍高于雜質熔點溫度，雜質仍為液態，由于毛細作用、溫度以及濃度梯度的影響，雜質逐漸向外和向上遷移或析出，最后散落在方鎂石（電熔鎂砂）的晶界上。

總之，目前電熔鎂砂傳統生產工藝是以菱鎂礦為原料，通過電弧爐高溫熔煉制備而成，但該法存在產品質量不高、生產能耗高、環境污染嚴重、工作強度大等缺陷。而利用鹽湖鹵水制備的高純Mg（OH）2中間體為原料生產高純電熔鎂砂，具有產品附加值高、生產處理量大、能耗低等優異特點，解決了國內外高端鎂砂制品的需求。因此，該工藝是今后高純電熔鎂砂制備的主流方向。

參考文獻：

[1]李大偉，周興華.淺談電熔鎂砂制備工藝及熔煉過程[J].鹽科學與化工，2017（10）.