镁还原渣
镁冶炼(二)
添加少量萤石(CaF2)粉能加速反应过程。反应在 900~1100℃及100Pa下进行，镁的收率可达到 65%。 但由于CaC2的活性较低，又易吸湿，物料流量大等 原因，此法目前也已停用。
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金属热还原法 用金属或合金作为还原剂的热还原过程。其反应通式
能用作还原剂的金属很多。但从经济方面考虑，工业 上主要用含Si75%的硅铁合金(Ferrosilicon)作还原 剂，此时硅铁中的硅起还原作用，铁不起作用。此 时又叫做硅热法(Silicothermic Processes)。在 某些场合也用铝硅合金作还原剂，此时硅和铝都起 作用。
有色金属冶金学
Non-ferrous Metallurgy
Magnesium Metallurgy 镁冶金（二）
朱 骏
zhujun@
有色金属冶金系 北京科技大学冶金学院
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2.3 Thermal Reduction Methods
根据还原剂的不同，热还原法炼镁可分为三种： 碳热还原法 以木炭、煤、焦炭等碳质材料作为还原剂，反应式：
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讨论：为什么使用75%的硅铁作还原剂？ 85%、75%、45%和25%四种硅铁， 其中，83% 的硅铁在合金组织中几乎全部 是以游离硅存在；75%硅的硅铁是由游离 硅和FeSi2存在；45%硅的硅铁是由FeSi2 和FeSi 组成；25%的硅铁完全是由 FeSi 和 Fe3Si2组成。 之所以采用75%硅铁合金作为还原剂，是综 合考虑了技术与经济两方面因素。
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Si(s) + 2(CaO· MgO)(s) = 2Mg(g) + 2CaO· SiO2(s)
ΔG0 = 492.21-0.27T kJ/mol ΔG = ΔG0 + RT ln(pMg/p0)2 欲使反应在1200℃下顺利进行，pMg = ？
含镁磁铁矿
含镁磁铁矿
含镁磁铁矿是一种含有镁元素的磁铁矿，化学式通常表示为Fe3O4·MgO。
在这种矿物中，镁以氧化物的形式存在，并且通常以较小的比例取代铁的位置。
含镁磁铁矿是一种氧化物矿物，属于尖晶石族，它是一种重要的铁矿石，也是炼铁和钢铁生产的主要原料之一。
含镁磁铁矿的物理性质与普通磁铁矿相似，具有磁性，可以吸引铁质物体。
它们通常呈黑色或暗褐色，具有金属光泽，硬度中等，大约在5.5到6.5之间。
含镁磁铁矿的密度较高，大约在5.0到5.5克/立方厘米。
含镁磁铁矿的形成通常与火山活动或热液作用有关，它们可以在多种地质环境中形成，包括火成岩、变质岩和沉积岩中。
含镁磁铁矿的矿石通常与其他类型的铁矿石伴生，如赤铁矿、褐铁矿等。
在工业应用中，含镁磁铁矿通常需要经过选矿和加工才能用于炼铁。
选矿过程可能包括破碎、磨矿、磁选等步骤，以分离出高纯度的磁铁矿。
在炼铁过程中，磁铁矿被还原为铁，同时镁被氧化为镁渣，这是一种副产品，可以用于制造水泥或其他建筑材料。
由于含镁磁铁矿中含有镁元素，它在一些特殊的应用中也可能被用作镁的来源，尽管这种用途不如从菱镁矿中提取
镁那样常见。
加强炼镁传热效率的研究进展
第14卷第6期2023年12月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.6Dec. 2023加强炼镁传热效率的研究进展郭军华1， 丁天然1， 李培艳1， 孙逸翔1， 刘洁1， 钟素娟1， 张廷安*2（1.郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室， 郑州 450000；2.东北大学冶金学院， 沈阳 110819）摘要：随着轻量化需要日益迫切，金属镁及其合金由于具有质量轻、比强度和比刚度高等特性，应用越来越广泛，镁行业的发展也愈发受人关注。
皮江法是国内炼镁的主要生产工艺，但是随着绿色低碳发展理念的推行，该炼镁工艺在生产过程中传热效率低、还原周期长、能耗高和排放大等缺点突显，一直制约着炼镁行业的发展。
经过多年的研究，学者们在提高镁冶炼传热效率，降低还原温度，缩短还原周期等方面取得一系列成果。
本文主要从还原剂、工艺条件、传热装置3个方面详细综述了提升炼镁传热效率的研究进展，并对未来炼镁技术发展提出了建议和思路，仅供参考。
关键词：镁冶炼；传热效率；还原剂；传热装置；优化工艺中图分类号：TF822 文献标志码：AResearch progress in strengthening the heat transfer efficiencyof magnesium smeltingGUO Junhua 1, DING Tianran 1, LI Peiyan 1, SUN Yixiang 1, LIU Jie 1, ZHONG Sujuan 1, ZHANG Ting ’an *2（1. State Key Laboratory of Advanced Brazing Filler Metals & Technology ， Zhengzhou Research Institute of Mechanical EngineeringCo.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China ； 2. School of Metallurgy ， Northeastern University ， Shenyang 110819， China ）Abstract: With the increasing need for lightweight materials, magnesium and its alloys have been widely used because of their light quality, high specific strength and specific stiffness, and the development of the magnesium industry has attracted increasing attention. The Pidgeon process is the main production process of magnesium smelting in China. However, with the implementation of the green and low-carbon development concept, the process has many shortcomings, such as low heat transfer efficiency, long reduction cycle, high energy consumption and large emissions, which has been restricting the development of the magnesium smelting industry. After years of research, scholars have made a series of achievements in improving the heat transfer efficiency of magnesium smelting, reducing reduction temperature, shortening the reduction cycle, etc. In this paper, the research progress in improving the heat transfer efficiency of magnesium smelting was reviewed in detail from three aspects including reductant, process conditions and heat transfer device, and suggestions and ideas on the existing magnesium smelting technology were put forward for reference only.Keywords: magnesium smelting ； heat transfer efficiency ； reducing agent ； heat transfer device ； optimization process收稿日期：2022-11-15；修回日期：2022-12-24基金项目：国家自然科学基金辽宁联合基金资助项目（U1508217）通信作者：张廷安（1960— ），教授，主要从事有色金属冶炼、新工艺的开发、固废处理等方面的研究。
镁行业规范条件(征求意见稿)
附件3镁行业规范条件（征求意见稿）为推进镁行业供给侧结构性改革，促进行业技术进步，推动镁行业高质量发展，现制定本规范条件。
本规范条件适用于已建成投产的镁矿山、采用硅热法冶炼工艺的镁冶炼企业，是促进行业技术进步和规范发展的引导性文件，不具有行政审批的前置性和强制性。
一、企业布局（一）镁矿山、冶炼企业应靠近具有资源、能源优势地区，应符合国家及地方产业政策、土地利用总体规划、矿产资源规划、主体功能区规划、环保及节能法律法规和政策、安全生产法律法规和政策、行业发展规划等要求。
（二）开采镁矿资源，应遵守《矿产资源法》等相关规定，应依法取得采矿许可证、安全生产许可证等相关证照，严格按照批准的开发利用方案、开采设计和安全专篇进行开采，严禁无证开采、乱采滥挖和破坏浪费资源。
鼓励企业通过绿色矿山认证。
二、质量、工艺和装备（三）镁矿山、冶炼企业应建立实施并保持满足GB/T19001要求的质量管理体系，并鼓励通过质量管理体系第三方认证。
原镁质量应符合国家标准（GB/T3499）。
（四）采用硅热法镁冶炼工艺的企业须选择符合镁冶炼要求的白云石资源，采用生产效率高、工艺先进、能耗低、环保达标、资源综合利用效果好、安全可靠的生产工艺系统。
必须拥有资源综合利用，节能，还原和精炼车间的冶炼尾气余热回收，收尘，低二氧化硫、氮氧化物尾气浓度治理等工艺及设备。
不得采用国家明令禁止或淘汰的设备、工艺。
必须满足国家《节约能源法》《清洁生产促进法》《环境保护法》等法律法规的要求。
（五）煅烧系统应采用节能环保型回转窑，以气体为燃料的可控竖窑等先进煅烧设备。
配料制球系统应采用自动控制配料，实现机械化操作，输料系统全封闭。
还原系统应采用蓄热式高温空气燃烧技术还原炉，用能有计量，进料、出渣实现机械化。
精炼系统应采用坩埚熔化，用气体燃料；用电炉保温，连铸机浇注。
（六）所有炉窑须实现自动化控制（如：PLC、DCS等），鼓励有条件的企业开展智能工厂建设。
金属镁竖罐还原炉
金属镁竖罐还原炉金属镁竖罐还原炉是镁冶炼过程中的核心设备，对于金属镁的生产起着至关重要的作用。
本文将对金属镁竖罐还原炉的结构、工作原理、技术特点以及其在镁工业中的应用进行详细的探讨。
一、金属镁竖罐还原炉的结构金属镁竖罐还原炉通常由炉体、加热系统、还原剂供给系统、镁蒸气冷凝收集系统以及排放系统组成。
炉体：炉体是还原炉的主体部分，一般采用耐高温材料制成，如耐火砖、碳化硅等。
炉体内部通常分为预热区、还原区和冷却区，以确保还原反应能够在适宜的温度梯度下进行。
加热系统：加热系统是还原炉中提供热量的部分，一般采用电加热或燃气加热方式。
电加热通过电极将电能转化为热能，而燃气加热则通过燃烧天然气等燃料来提供热量。
还原剂供给系统：还原剂供给系统负责将还原剂（如硅铁合金）送入炉内。
还原剂的加入量和加入速度需要精确控制，以确保还原反应的高效进行。
镁蒸气冷凝收集系统：镁蒸气在炉内产生后，需要通过冷凝系统将其冷凝成液态镁，并进行收集。
这一系统通常包括冷凝器、收集槽和输送管道等。
排放系统：排放系统负责处理还原过程中产生的废气和废渣，以确保环境安全和符合环保标准。
二、金属镁竖罐还原炉的工作原理金属镁竖罐还原炉的工作原理主要基于热还原反应。
在高温条件下，还原剂（如硅铁合金）与氧化镁（MgO）发生反应，生成金属镁和二氧化硅（SiO2）。
反应过程中产生的镁蒸气随后被冷凝成液态镁，并进行收集。
三、金属镁竖罐还原炉的技术特点高效节能：金属镁竖罐还原炉采用先进的加热系统和热工控制技术，能够实现高效节能。
通过优化炉体结构、提高热效率和降低热损失，显著降低了能耗。
环保安全：还原炉在设计上充分考虑了环保和安全因素。
排放系统能够有效处理废气和废渣，减少对环境的污染。
同时，炉体材料和结构设计也确保了设备在高温和高压环境下的安全性。
高产量和优质产品：金属镁竖罐还原炉具有高产量和优质产品的特点。
通过精确控制还原剂的加入量和加入速度，以及优化反应条件，可以实现高产量的同时保证产品的纯度和质量。
炼铁高炉水渣的主要成分及含量
炼铁高炉水渣的主要成分及含量炼铁高炉水渣是指在炼铁过程中产生的一种废渣，其主要成分和含量具体如下：1. 氧化铁类物质：炼铁高炉水渣中最主要的成分是氧化铁类物质，主要包括氧化亚铁（FeO）、三氧化二铁（Fe3O4）和四氧化三铁（Fe3O4）。
氧化铁类物质的含量在水渣中通常能够达到60%以上。
2. 氧化硅：水渣中还含有一定量的氧化硅（SiO2），其含量约为20%左右。
氧化硅是炼铁高炉冶炼过程中石英矿石的主要成分，随着石英矿石的还原，氧化硅被氧化铁还原为二氧化硅。
3. 氧化锰：炼铁高炉水渣中也含有少量的氧化锰（MnO），其含量通常在2%左右。
氧化锰主要来自于铁锰矿石的冶炼过程中的还原。
4. 氧化镁：水渣中还含有少量的氧化镁（MgO），其含量通常在2%以下。
氧化镁主要来自于炼铁原料中的镁质杂质。
5. 氧化钙：水渣中也有一定量的氧化钙（CaO），其含量在5%左右。
氧化钙主要来自于炼铁原料中的石灰石和石灰石矿石的冶炼过程中的还原。
6. 氧化铝：水渣中含有少量的氧化铝（Al2O3），其含量通常在1%以下。
氧化铝主要来自于炼铁原料中的铝质杂质。
炼铁高炉水渣的主要成分和含量对于炼铁过程的控制和回收利用具有重要意义。
通过合理调控和处理水渣，可以减少资源的浪费和环境的污染。
同时，水渣中的氧化铁类物质可以作为铁矿石的替代品，再利用于炼铁过程中，实现资源的循环利用。
此外，水渣中的氧化硅、氧化锰、氧化镁等物质也可以应用于建筑材料、冶金材料和化工原料等方面。
炼铁高炉水渣的主要成分和含量对于炼铁过程的控制和资源回收利用具有重要意义。
通过合理处理和利用水渣，可以减少资源的浪费和环境的污染，实现炼铁过程的可持续发展。
镁冶炼工艺流程 环评
镁冶炼工艺流程环评引言镁是一种重要的金属材料，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，镁冶炼工艺对环境造成的影响也不可忽视。
本文将从环评的角度，介绍镁冶炼工艺的流程，并分析其对环境的潜在影响。
一、镁冶炼工艺流程1. 原料准备：镁冶炼的主要原料是镁矿石，包括菱镁矿、硬岩镁矿等。
原料需经过矿石破碎、磨粉等处理，以便后续步骤的进行。
2. 矿石还原：矿石经过还原反应，将镁的氧化物还原为金属镁。
常用的还原方法有热还原法和电解法。
热还原法在高温下进行，而电解法则利用电流通过电解槽中的电解质进行还原。
3. 精炼提纯：经过还原的镁含有杂质，需要进行精炼提纯。
常用的方法有蒸馏法和电解法。
蒸馏法通过高温蒸馏将杂质去除，电解法则通过电解质溶液中的电流进行提纯。
4. 铸造成型：提纯后的镁液可进行铸造成型。
常见的铸造方法有浇铸法和挤压法。
浇铸法将镁液倒入铸型中，冷却凝固后得到所需形状的镁制品；挤压法则是将镁液通过挤压机挤压成型。
二、镁冶炼工艺对环境的影响1. 能源消耗：镁冶炼过程中需要大量的能源，主要来自燃煤、燃油等化石燃料。
燃烧产生的废气和废渣对大气和土壤污染造成一定影响。
2. 废水排放：镁冶炼过程中产生的废水含有重金属离子和有机物等污染物，如果未经处理直接排放，可能对水环境造成污染。
3. 固体废弃物：镁冶炼过程中会产生一定量的固体废弃物，如矿石渣、炉渣等。
这些废弃物如果未经妥善处理，可能对土壤和地下水造成污染。
4. 二氧化碳排放：镁冶炼过程中燃烧产生的二氧化碳是主要的温室气体之一，对全球气候变化产生负面影响。
三、环评结论镁冶炼工艺对环境的影响主要体现在能源消耗、废水排放、固体废弃物和二氧化碳排放等方面。
为减少对环境的不良影响，可以采取以下措施：1. 优化能源结构，减少化石燃料的使用，提高能源利用效率。
2. 强化废水处理，采用适当的处理技术，降低废水中污染物的浓度。
3. 对固体废弃物进行分类、回收和安全处置，减少对土壤和地下水的污染。
镁的提炼方法
镁的提炼方法一、引言镁是一种银白色的轻质金属，具有较高的热导率和电导率，广泛应用于航空航天、汽车、电子和通信等领域。
随着科技和工业的发展，对镁的需求量不断增加，因此研究和开发高效的镁提炼方法对于保障镁资源的供应和推动相关产业的发展具有重要意义。
二、镁的资源分布与开采镁资源主要分布在地壳中，以菱镁矿（MgCO3）和白云石（MgO·CaO·2SiO2）等形式存在。
开采镁矿的方法主要包括露天开采和地下开采，具体采用哪种方法取决于矿山的规模、地形和矿体分布等因素。
开采出的矿石经过破碎、磨细和浮选等加工工序，可以获得高品位的镁化合物，如菱镁矿、轻烧氧化镁等。
三、镁的提炼方法从菱镁矿中提取镁的方法主要包括以下步骤：1.矿石的破碎和磨细：将菱镁矿破碎成小块，然后磨细成粉状，以便进行下一步的化学反应。
2.酸浸：将磨细的矿石与硫酸反应，生成硫酸镁（MgSO4）和二氧化碳气体。
这一步是提取镁的关键步骤之一，因为硫酸镁在水中的溶解度较高，便于后续的分离和提纯。
3.脱水：将硫酸镁溶液在高温下加热，去除其中的水分，得到无水硫酸镁。
这一步是为了使硫酸镁结晶析出，便于分离和纯化。
4.电解：将无水硫酸镁溶解在熔融盐中，然后通电进行电解还原，得到金属镁。
这一步是提取镁的最后一步，也是最关键的一步，因为金属镁的化学性质非常活泼，易于与氧气发生反应。
从白云石中提取镁的方法与从菱镁矿中提取镁的方法类似，也是通过酸浸、脱水、电解等步骤提取金属镁。
不同之处在于白云石需要经过高温煅烧，以使其中的氧化钙和二氧化硅与氧化镁分离，便于后续的化学反应和分离提纯。
除了从矿物中提取镁的方法外，还有一些其他方法可用于制备金属镁。
例如，通过氢还原法将氧化镁或氯化镁还原成金属镁；通过硅热还原法将氧化镁或氯化镁与硅铁反应，生成硅酸镁和金属镁；以及通过电解熔融氯化镁的方法制备金属镁。
这些方法虽然在实际生产中的应用相对较少，但在某些特殊情况下仍具有一定的应用价值。
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镁渣的综合利用
随着金属材料消耗急剧上升，地球表壳的资源日趋贫化，很多传统金属矿产趋于枯竭，加速开发镁金属材料是社会可持续发展的重要措施之一。
在我国生产金属镁时排出的工业废渣，很多镁厂都是作为废物丢掉，尤其是一些规模较小的生产企业。
随着镁渣的大量排放堆积，不但占用了大量的土地资源，而且镁渣随着雨水的冲淋汇入江河湖泊对农作物和周围环境造成了极大的影响，严重危及到人类的身体健康及农作物的生长，每生产1 t 金属镁大约排出8~10 t 左右的镁渣。
我国镁产业普遍存在生产规模小、高污染、高能耗、技术装备水平低及技术创新能力低等特点，如何充分利用镁渣成为制约我国镁产业发展的的一大主题。
由于能源、资源、环境保护三方面的迫切需要，工业废渣再利用的研究成为可持续发展的战略目标之一，也是业内专家学者的研究热点之一。
目前对镁渣再利用的研究主要集中在利用镁渣配料烧制水泥熟料和作为水泥活性混合材使用。
但镁渣是一种具有潜在活性的工业废渣，掺入生料中煅烧水泥熟料并不能高效地利用，二次煅烧实属能源浪费；镁渣当作混合材使用并不能象矿渣那样规模化、产业化利用，而且在量和质上都无法和矿渣相比较。
本文讲介绍几种常见的镁渣的再利用技术。
首先，可以利用镁渣制作新型墙体材料。
在国内，已有研究报道将镁渣直接与磨细的矿渣，按照一定比例混合，添加复合激发剂，配制胶结料。
研究表明，这种利用镁渣生产墙体材料的工艺简单，成本低廉，节省能源，并且这种金属镁渣生产出的胶结材具有良好的胶凝性能，制成的墙体材料密度小、强度高、耐久性好，产品质量符合相关标准。
大部分企业只是单一地应用镁渣材料制砖，其实还可以在镁渣中掺入一定量的轻骨料，制作轻质保温、隔热墙体材料或制成屋面材料。
其次，可以利用金属镁渣制作矿化剂。
矿化剂是能促进或控制结晶化合物的形成或反应而加入配料中的物质。
在水泥行业中，能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧的少量外加剂。
加入的矿化剂可以通过与反应物作用而使晶格活化，从而增强反应能力，加速固相反应。
镁渣是近年来开发的新型矿化剂，经过1 200 ℃左右的高温煅烧后的镁渣，具有一定的化学活性，能够降低晶体的成核势能，诱导晶体，加速矿物的转化及形成，减少了从生料到熟料的热耗。
因此，可以试烧不同镁渣配比下的生料，研究熟料抗拉、抗压强度较高的配方。
有研究表明：生料中加入10％左右的镁渣，煅烧时可以起到良好的矿化效果。
镁渣与萤石价格悬殊，利用镁渣代替部分萤石作矿化剂对降低生产成本，提高经济效益是十分显著的。
再次，可以利用镁渣生产建筑水泥。
镁渣可以替代部分矿渣生产混合水泥混合材，生产出的水泥质量较稳定，但是随着镁渣掺入量的增加，水泥早期强度有降低的趋势，凝结时间延长。
因此当镁渣用作水泥生产的混合材时，应该满足国家标准的相关技术要求。
另外，还可以利用镁渣做脱硫剂。
由于循环流化床锅炉脱硫技术主要是利用氧化钙进行脱硫，而镁渣中氧化钙的质量分数50％左右，所以对镁渣进行脱硫性能的研究是有意义的。
有研究表明：脱硫剂按25.5％计，Ca/S摩尔比为3，则在相当条件下（粒径小于0.105 mm，900℃，φ（O2）为5％，φ（SO2）为0.2％，N2 作为平衡气），预计脱硫效率可达76.5％。
分析结果得出脱硫效果主要与镁渣的粒径、孔隙率、脱硫温度等因素有关。
粒径越小，孔隙率越高的镁渣，在适当的空气过量系数和温度下，可提高镁渣的脱硫效率。
最后，可以用镁渣作为路用材料，研究人员对镁渣作为路用材料进行了室内试验，得出镁矿渣掺加5%石灰或2%水泥稳定土，完全可以用做高级或者次高级路面的基层，镁矿渣经过球磨机或其他工艺磨碎后，其路用效果会更好，细度应小于0.9 mm 为宜，在随后进一步铺筑试验路的检验中，证明镁矿渣稳定土有很好的路用技术性能。
镁渣可作为良好的路用材料在于镁矿渣中钙镁的含量很高，且具有比较高的活性，在基层中与土反应，生成不溶性含水硅酸钙与含水铝酸钙，呈凝胶状态或纤维状结晶体，使混合料颗粒之间的联结和粘结力加强，随着龄期的增长，这些水化物日益增多，使镁矿渣混合料基层获得越来越大的抵抗荷载作用的能力。
并且，镁渣可以改善沥青粘结性。
通过镁渣对沥青常规指标的影响实验，结果表明，粉胶比对改性沥青性能的影响最显著，其次是镁渣取代率，最后是细度。
运用直剪试验方法，将镁渣与水泥、粉煤灰分别复合，分析研究复合比对沥青粘结性的影响规律，探讨相互作用机理，通过试验研究发现，镁渣与粉煤灰复合可以提高沥青的温度稳定性，沥青的粘性略有降低，总体上抵抗剪切变形和剪切破坏的能力提高；镁渣与水泥复合沥青胶浆的粘聚力减小，适当的水泥可以改善沥青胶浆的高温性质，而水泥过多则不利。
总而言之，镁渣是生产金属镁时排放的工业废渣，产量大、污染环境，我们应开展镁渣的资源综合利用技术研究。
镁渣自身具有很高的水化活性，可生成水化硅酸钙凝胶。
因此，我们不仅可以利用镁渣作为胶凝材料，也可用于制备矿化剂、墙体材料、脱硫剂等产品，代替部分矿渣生产水泥，研究生产农业肥料等。
同时开展清洁镁合金生产技术及产业化开发；智能化控制和管理镁生产过程，对炼镁过程中的废焦炉煤气集中处理和使用，从而降低镁工业的环境负荷，使镁工业环境协调发展。