金属镁冶炼工艺比较
镁冶炼工艺
4 皮江法能耗分析
传统小型金属镁回转窑能耗分析
38.74%
22.72%
节能型金属镁回转窑能耗分析
节能型回转窑工艺流程图
窑头单筒冷却机
回转窑及窑尾立式预热器
回转窑烟气分析
烟气组成：
烟气温度：传统回转窑烟气温度为450~650 ℃，节能型回转窑经窑尾竖 式预热器排出烟温为280~350℃。 烟气流量： 粗镁年产量/万吨 烟气量/ 104Nm3.h-1 1 2.8 2 5.7 5 13 10 18
传统煤气还原炉能量损耗
传统还原炉在布置还原罐时最多只能布置两层, 炉膛内的 受热面积有限, 烟气的温降很小, 使得炉子的排烟温度高 达1100 ℃ 。 另外，从还原罐出来的镁渣仍有很高的温度，约1100 ℃ 左右，因为目前的生产工艺决定了还原炉出渣是间歇性的， 所以现在这部分热量一般没有得到充分合理的利用，而是 白白浪费掉了。
镁粉产量（万吨） 13.88 11.13 14.28
我国原镁生产概况
据2010年镁工业发展报告，国内有157家规模以上的镁冶炼 企业，年产一万吨的企业有19家，总产量47.46万吨，占年总产 量71.19%，年产三万吨的企业有3家。
2 镁的冶炼工艺
镁冶炼工艺技术有两种，即镁电解冶炼工艺技术和硅热还 原工艺技术。 氯化熔盐电解法包括氯化镁的生产及电解制镁两大过程。 该方法又可分为以菱镁矿为原料的无水氯化镁电解法和以 海水为原料制取无水氯化镁的电解法。 热还原法是以煅烧白云石或菱镁矿石为原料、硅铁为还原 剂、萤石为催化剂，进行计量配料。粉磨成球后，将球团 装入还原罐中，加热到1200℃，内部抽真空至13.3Pa或 更高，还原产生镁蒸气。镁蒸气在还原罐前端的冷凝器中 形成结晶镁，亦称粗镁。再经加熔剂精炼，产出商品镁锭， 即精镁。
铝合金镁合金热处理工艺的比较研究
铝合金镁合金热处理工艺的比较研究铝合金和镁合金是现代工业中常见的金属材料，在汽车、航空、航天以及电子等领域都有广泛应用。
然而，这两种材料在使用过程中会遇到很多问题，例如强度不足、耐腐蚀性差等。
因此，需要进行热处理处理来改变这些材料的组织结构和性能特点。
本文将对铝合金和镁合金的热处理工艺进行比较研究，以探究哪种材料的热处理效果更好。
一、铝合金的热处理工艺铝合金是由铝、铜、锰、镁、硅等元素组成的合金，具有轻weight、高强度、高耐腐蚀性和良好的可加工性等特点。
铝合金通过热处理可以改善其强度和硬度，提高其耐腐蚀性和可加工性。
铝合金的热处理工艺包括固溶退火、时效处理和淬火等步骤：1.固溶退火：在480℃左右的温度下进行加热处理，使铝合金的固溶体中溶解其他元素，形成均匀的单相固溶体。
该过程可以增加铝合金的可加工性和塑性。
2.时效处理：在固溶退火后，将铝合金加热至100-200℃，使合金中的固溶体分解，形成脆性和硬度较高的质体。
该过程可以提高铝合金的强度和硬度。
3.淬火处理：在铝合金表面形成一层较硬的表面层，以提高铝合金的磨损耐用度。
二、镁合金的热处理工艺镁合金是由镁、铝、锌、锶、锗等元素组成的合金，具有轻weight、高比强度、高耐腐蚀性和良好的可加工性等特点。
镁合金也需要进行热处理来改变其组织结构和性能特点。
镁合金的热处理工艺一般包括固溶退火、时效处理、淬火和强化等步骤：1.固溶退火：在400-500℃的温度下进行加热处理，使镁合金中的固溶体达到均匀的状态。
2.时效处理：在固溶退火后，在100-250℃的温度下对镁合金进行时效处理，使镁合金中的固溶体分解，形成脆性和硬度较高的质体。
3.淬火：该步骤可使镁合金表面形成一层较硬的表面层，以提高其耐磨性。
4.强化：将镁合金固溶体中的氢、氧、氮等元素去除，使镁合金的组织结构更加致密，且具有良好的塑性和可加工性。
三、铝合金与镁合金热处理的比较1.机械性能比较铝合金的热处理可以大大提高其强度和硬度，但会降低其可塑性和韧性。
金属镁的制备
金属镁的制备主要有两种方法：电解法和热还原法（皮江法）。
电解法是目前工业上主要的生产金属镁的方法。
其原理是在高温下电解熔融的无水氯化镁，使之分解成金属镁和氯气。
电解法的生产工艺先进，能耗较低，是一种极具发展前景的炼镁方法。
热还原法（皮江法）是我国生产金属镁的重要方法，其实质是在高温和真空条件下，有氧化钙存在时，通过硅（或铝）还原氧化镁生成镁蒸气，与反应生成的固体硅酸二钙（2CaO·SiO2）相互分离，并经冷凝得到结晶镁。
皮江法炼镁的工艺流程短、投资少、建厂快、成本较低，但是熔炼技术比较落后、生产过程中资源能源消耗比较大，污染比较严重。
镁,铝,锌合金对比
镁Mg镁的密度小，易于燃烧，这是由于它的物理、化学性质所决定的。
20℃时金属镁的密度是1.738g/cm3，液态金属镁的密度为1.58g/cm3；在标准大气压下，金属镁的熔点是（650±1）℃，沸点为1090℃。
在空气中加热时，金属镁在632℃～635℃开始燃烧。
因此决定了镁的制备及合金冶炼工艺比较复杂。
工业用镁的纯度可达到99.9%，但是纯镁不能用作结构材料，在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料广泛应用。
镁合金材料具有以下优点：（1）重量轻镁合金比重在所有结构用合金中属于最轻者，它的比重为铝合金的６８％，锌合金的２７％，钢铁的２３％，它除了做３Ｃ产品的外壳、内部结构件外，还是汽车、飞机等零件的优秀材料。
（2）比强度、比刚度高镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的10倍。
（3）耐振动性好在相同载荷下，减振性是铝的100倍，钛合金的300～500倍。
（4）电磁屏蔽性佳3Ｃ产品的外壳（手机及电脑）要能够提供优越的抗电磁保护作用，而镁合金外壳能够完全吸收频率超过１００ｄｂ的电磁干扰。
（5）散热性好一般金属的热传导性是塑料的数百倍，镁合金的热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，比热则与水接近，是常用合金中最高者。
（6）质感佳镁合金的外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感。
（7）可回收性好只要花费相当于新料价格的4%，就可将镁合金制品及废料回收利用。
（8）稳定的资源提供镁元素在地壳中的储量居第八位，大部分的镁原料自海水中提炼，所以它的资源稳定、充分。
镁合金压力铸造的优点有：高的生产率；高精度；好的表面质量；精细的铸件晶粒；可压铸薄壁和复杂结构的产品。
0.6mm厚度镁合金压铸和铝合金压铸相比：生产率高50%；可使用钢模，延长服务寿命；更低的潜热，节省能量；好的机加工性；模具成本节省50%；熔体具有更高的流动性。
镁合金锻造工艺特点
镁合金锻造工艺特点1．坯料准备镁合金锻造用原材料主要有铸锭和挤压棒材，大多数情况下都采用挤压棒材，仅在锻造大型模锻件时，才采用铸锭作为原材料。
为提高可锻性，铸锭锻前应进行均匀化退火，以改善其塑性。
镁合金挤压棒材的特点是塑性好，但其机械性能的异向性较铝合金挤压棒材严重，这是由于在挤压过程中，除形成纤维组织外，密排六方晶格脆的基面逐步转向与挤压方向重合而造成的。
为了获得机械性能均匀的锻件，挤压棒材应尽可能减少机械性能异向性，为此铸锭于挤压前应进行均匀化退火，并要增大挤压时的变形程度。
镁合金下料可在圆盘锯或车床上进行，而不采用剪床下料，以防在切口处形成裂纹。
除MB2，MB15外，一般不推荐在热态下剁切。
铸锭在锻前应进行表面机械加工，对坯料或棒料也应检查并消除表面缺陷，以防在锻造中发生开裂。
MB15挤压棒材常常带有粗晶环，锻前应进行扒皮。
由于镁屑易燃，下料速度应缓慢。
切削时不用润滑剂和冷却液，以防镁屑燃烧和毛坯受到腐蚀。
切屑要单独存放，工作场地要清洁，以防烟火和爆炸。
2．锻前加热镁合金的加热方法与铝合金的基本相同。
镁合金有良好的导热性，任何尺寸的毛坯或铸锭均可不经预热而直接放入炉膛内加热。
但镁合金中的原子扩散速度慢，强化相的溶解需要较长时间，故实际采用的加热时间还是较长的。
加热时间可按每毫米坯料直径（或厚度）1.5～2min计算。
镁合金属于低塑性合金，其锻造温度范围比铝合金窄。
镁合金的锻造温度范围和加热规范如表25所示。
表25 镁合金的锻造温度范围和加热规范镁合金的加热温度和保温时间，不仅影响合金的工艺塑性，而且还影响锻件锻后的组织和机械性能，这是因为镁合金没有相变重结晶，多数镁合金是不能通过热处理强化的。
如果加热温度过高、保温时间过长或加热次数过多，则再结晶愈充分且晶粒尺寸增大，使镁合金的抗拉强度和屈服强度降低，即产生软化现象（图39）。
这种晶粒长大及软化现象，不能靠随后的热处理来补救，所以必须严格控制锻造工艺。
金属镁生产工艺原理介绍
金属镁生产工艺原理介绍1.电解法炼镁的各种工艺原理氯化熔盐电解法包括氯化镁的生产及电解制镁两大过程。
该方法又可分为以菱镁矿为原料的无水氯化镁电解法和以海水为原料制取无水氯化镁的电解法。
其中后者最大的难点是如何去除MgCl2·6H2O中的结晶水。
一般来说：采用普通的加热法可以去除部分结晶水，生成MgCl2·3/2H2O。
但MgCl2·3/2H2O在空气中加热时很容易发生水解反应，生成不利于电解过程的杂质，如Mg(OH)2。
电解法生产镁的工艺很多，但基本原理相同，其中最有代表性的有DOW工艺、I．G．Farben 工艺、Magnola工艺等。
DOW工艺1916年DOW工艺在美国Michighn的Midland首次得到应用。
当时所用的制备MgCl2的方法是将海水与煅烧白云石一起制成泥浆，与盐酸反应，生成氯化镁溶液，将其浓缩并干燥处理后生成MgCl2·3/2H20。
这种原料直接加入电解槽内进行反应，副产物氯气可以回收利用。
1941年道屋(DOW)化学公司在塔克赛斯自由港建立了一个工厂，从海水中提取镁的电解原料。
海水由引水槽引入，滤过淤泥后导人沉淀池，与石灰混合，过滤后与20 %HCl反应生成MgCl2，蒸发后得到固体氯化镁，然后经干燥炉干燥得到低水合氯化镁(MgCl2·3/2H2O)，成为DOW工艺电解制镁的原料。
许多生产厂家都采用与DOW工艺类似的方法电解海水来生产镁(见图1)，主要差别在于提取无水氯化镁的方法不同。
DOW化学公司通过在含大量MgCl2、NaCl 和CaCl2混合溶液的电解池中直接加入少量部分脱水氯化物来迅速脱水。
挪威诺斯克—希德罗(Norsk—Hydro)公司是欧洲最主要的镁生产商，通过在于燥的氯化氢气氛中加热MgCl2·6H2O来实现完全脱水。
前独联体则主要采用往电解池中加入无水光卤石来脱水。
最近，澳大利亚金属镁公司开发了一种制备无水氯化镁原料的全新工艺，在氯化镁溶液中加入一种称为Gylcol的物质，蒸馏脱水，然后喷雾氨生成六氨合氯化镁，接着焙烧制备高质量的无水氯化镁。
镁的冶炼方法
皮江法炼镁的工艺流程及其优缺点（来源：全球五金网日期：2010-6-9 点击：95 ）镁的冶炼方法总体上可分成三种：一种是电解法；一种是硅热法（皮江法）；另一种是碳热法。
皮江法炼镁的主要工艺流程是：白云石在回转窑或立窑中煅烧成煅白，经破碎后与硅铁粉（含硅75％）和萤石粉（含GaF2）＝95％）混合均匀制团，装入耐热不锈钢还原罐内，置于还原炉中，在1200-1250℃及真空的1.33Pa 真空度下还原制取粗镁，经过熔剂精制、铸锭、表面处理得到成品镁锭。
皮江法炼镁是中国现行普遍应用的一种方法：其优点是：1、规模能大能小，原材料可就地取材；2、成本相对电解法较低；3、技术不难掌握；4、在九十年代经济效益可观；5、镁的等级质量略高于电解镁等。
皮江法炼镁缺点：生产1 吨金属镁锭需要有消耗白云石12-14吨；无烟煤及烟煤8-10吨；副产还原渣5-6吨，这些还原渣目前还没有发现更好的用途，污染环境；劳动强度大，原料车间粉尘污染严重。
镍含量太低，如要回收用浮选法，但杂质镁可能不易控制。
一般工厂用什么冶炼镁，对人体有害吗？答：有害。
镁是在自然界中分布最广的十个元素之一，但由于它不易从化合物中还原成单质状态，所以迟迟未被发现。
长时期里，化学家们将从含碳酸镁的菱镁矿焙烧获得的镁的氧化物苦土当作是不可再分割的物质。
在1789年拉瓦锡发表的元素表中就列有它。
1808年，戴维在成功制得钙以后，使用同样的办法又成功的制得了金属镁。
从此镁被确定为元素，并被命名为magnesium，元素符号是Mg。
镁是一种参与生物体正常生命活动及新陈代谢过程必不可少的元素。
镁影响细胞的多种生物功能：影响钾离子和钙离子的转运，调控信号的传递，参与能量代谢、蛋白质和核酸的合成；可以通过络合负电荷基团，尤其核苷酸中的磷酸基团来发挥维持物质的结构和功能；催化酶的激活和抑制及对细胞周期、细胞增殖及细胞分化的调控；镁还参与维持基因组的稳定性，并且还与机体氧化应激和肿瘤发生有关。
镁冶炼过程
过程
将菱镁矿与碳混合，在高 温下进行还原反应，生成 镁和一氧化碳。
优缺点
该方法成本较低，但会产 生大量的一氧化碳排放， 对环境有一定影响。
熔盐电解法
原理
利用电解熔融的氯化镁， 将镁离子还原成镁。
过程
将氯化镁熔融后进行电解 ，在阴极上得到镁和氯气 。
优缺点
该方法得到的镁纯度高， 但能耗较大，且需要处理 氯气。
镁冶炼过程
目录
• 镁冶炼概述 • 镁矿石的开采与选矿 • 镁矿石的预处理 • 镁的冶炼方法 • 镁冶炼的环境影响与治理 • 镁冶炼的发展趋势与展望
01
镁冶炼概述
镁的性质和用途
镁的性质
镁是一种轻质、有延展性的银白 色金属，具有较高的热导率和电 导率。
镁的用途
镁在航空、汽车、电子、通讯、 军事等领域广泛应用，作为结构 材料和功能性材料。
破碎
将大块原矿破碎成小块，以便 于后续的筛分和磨碎。
磨碎
将筛分后的矿石进行磨碎，使 矿石颗粒变得更细，便于浮选 和磁选。
磁选
对于某些具有磁性的矿物，通 过磁场将其与非磁性矿物分离 。
选矿设备与技术
筛分设备
振动筛、圆筒筛等 。
浮选设备
浮选机、搅拌桶等 。
破碎设备
颚式破碎机、圆锥 破碎机等。
磨碎设备
球磨机、棒磨机等 。
生物法
利用微生物或酶等生物手段将氧化镁还原成 镁。
优缺点
这些方法各有优缺点，适用范围也不同，需 要根据实际情况选择合适的冶炼方法。
05
镁冶炼的环境影响与治理
镁冶炼的环境影响
大气污染
镁冶炼过程中会产生大量的烟尘 和废气，其中包含二氧化硫、氮 氧化物、颗粒物等污染物，对大
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金属镁冶炼工艺比较
李晓波
（山西阳煤丰喜股份责任有限公司闻喜复肥分公司闻喜礼元镇ＰＣ０４３８０２）
摘要：阐述了皮江法炼镁的存在的问题，提出了解决措施，指明了冶炼金属镁的最佳工艺是渣炼镁。
关键词：电解镁皮江法炼镁回转窑无渣炼镁硅铁Magnesium metal smelting process is compared
Li Xiao-bo
(Shanxi YangMei FengXi wenxi compound branch shares responsibility co., LTD Wenxi li yuan town pc043802) Abstract: expounds the existing problems of smelting magnesium was numerically simulated, and the solution measures are put forward, pointed out the best technology of smelting magnesium metal magnesium smelting slag.
Key words: Electrolytic magnesium Pidgeon magnesium smelting Rotary kiln No slag smelting
magnesiumＦerrosilicon 2000年到今天, 中国金属镁企业均向万吨级转向,其总生产能力已超过80万吨/年，而全世界金属镁的使用量在60万吨/年以上，也就是说供大于求已是不争之实事，如何解决此矛盾，使企业走出困境，重点分析硅热法（皮江法）炼镁及碳热法炼镁。
1.电解镁工艺
将盐湖水氯镁石、钾光卤石、菱镁矿卤水等含镁元素的镁矿石用电解的方法提炼出来的较高纯度的镁锭就叫做电解镁。
1.1电解镁工艺优点
电解镁工艺优点就是工艺流程简单，但是进电解槽的原料制造工艺复杂，质量要求严格，导致综合成本升高。
1.２电解镁工艺缺点
随着中国皮江法炼镁的发展，电解法炼镁受到环保、电价等的困扰，此外包括曾被誉为先进的半连续硅热法炼镁，也都因高成本的劣势也已相继退出原镁生产领域。
1 皮江法炼镁
2.1皮江法炼镁的优点
硅热法（皮江法）皮江法炼镁是中国现行普遍应用的一种方法：其优点是：①规模能大能小，原材料可就地取材；②成本相对电解法较低；
③技术不难掌握；④在九十年代经济效益可观；⑤镁的等级质量略高于电解镁等。
皮江法炼镁的工艺流程是：江白云石破碎为２－３公分后在回转窑中煅烧成煅白，再将煅白，硅铁制粉后与萤石粉（含CaF2≥95%）混合均匀制团，装入耐热不锈钢还原罐内，置于还原炉中，在1200-1250℃及1.33Pa真空度下还原制取粗镁，把粗镁用２号熔剂精制为镁锭，再把镁锭进行表面处理成为成品镁锭。
2.２皮江法炼镁的缺点
皮江法炼镁的缺点是：生产一吨金属镁锭需要白云石１２吨左右，烟煤７吨左右，高能耗的硅铁１.2吨左右，副产煤渣及镁渣６吨多，因这些渣没有用途而污染环境；同时劳动强度大，原料车间粉尘污染严重，还原车间一直在高温作业。
２.3皮江法炼镁目前的生产成本
皮江法炼镁目前的生产成本在一万五以上，企业基本没有利润。
３. 碳热法炼镁
３.1碳还原氧化镁工艺
上世纪20---30年代欧美建过一装置,其反应温度高达2300℃以上,在此温度下副产品CO与还原出镁存在可逆反应,当反映温度超过1300℃时,可逆反应增加很快,反应温度每提高10度,反应速度增加2---3倍;反应出的镁粉与高温CO也易发生爆炸,同时如此高温气体分离.冷却设备太复杂,上世纪50年代碳热法炼镁企业均已停产,但从上世纪到现在碳还原炼镁的研究就没有停止,主要进展是用氧化镁和碳还原,还原温度均高于2300以℃上,温度大于1300皮℃江法炼镁不锈钢还原罐就软化而没强度,此类也只建了些实验装置而没有工业化.因硅铁作还原剂成本太高,不利于镁企业在社会生存,因此碳还原炼镁将还是今后研究重点。
３.３碳还原煅白工艺
提供一种节能低碳环保碳热还原煅白制备金属镁的方法，采用廉价的煤炭代替高能耗的硅铁做还原剂，将煤炭、煅白、功能性材料A 和B,按照指定的配比破碎制粉成球后，装入金属镁还原罐，在
1200-1300℃、系统真空度1---20Pa条件下，真空还原6-7小时，同时气态镁经冷凝器冷凝成粗镁，粗镁再经过精制及表面处理成商品镁锭；副产煤气作为系统的热源，本工艺把金属镁行业12小时周期缩短为8小时，提高了设备的利用率，极大地降低生产成本，其成本一般低于一万元．该技术正在向工业化过渡。
３.４碳还原煅白优点
节能，成本较低。
３.５碳还原煅白缺点
也存在工业废渣，存在污染环境。
３.６该技术状况
该技术正在向工业化过渡。
４.无渣炼镁工艺
无渣炼镁就是把含镁的化合物在真空条件下，冶炼金属镁。
４.１无渣炼镁工艺优点
节能，不产生工业废渣，生产成本在五千元左右／吨镁。
４.２无渣炼镁该技术状况
正在试验过程中。
结束语
汤之《盘铭》曰：“苟日新，日日新，又日新。
”古人诚能如此，而我们今人唯有与时俱进，在金属镁冶炼工艺流程及节能降耗方面有所突破，是历史赋予我们义不容辞的责任。