硅热法冶炼金属镁
菱镁矿、白云岩冶炼金属镁的现状及发展方向
菱镁矿、白云岩冶炼金属镁的现状及发展方向颜文琴,杨浩,卢俊鹏,汪旭光(中国建筑材料工业地质勘查中心湖南总队,湖南株洲412011)摘要:我国拥有丰富的菱镁矿、白云岩资源,可作为冶炼金属镁的原料。
根据菱镁矿和白云岩冶炼金属镁的原理分析了我国现有的冶炼金属镁的方法机理,通过对比研究2类冶炼金属镁的工艺,提出了未来冶炼金属镁可改进的方向。
关键词:菱镁矿;白云岩;冶炼;金属镁A bs t ract :Chi na has abundantm agnes i t e and dol om i t e r es our ces t hatcan be us ed as r aw m at er i al s f or s m el t i ng m et al l i c m agnes i um.Bas ed on t he pr i nci pl es of s m el t i ng m et al l i c m agnes i um f r om m agnesi t e and dol om i t e,t hi s ar t i cl e anal yzes t he m echani sm s of cur r ent m et al l i c m agnes i um s m el t i ng m et hods i n Chi na.By com par i ng and s t udyi ng t he pr oces s es of t he t wo ki nds of m et al l i c m agnesi um s m el t i ng,i t pr opos es t he pot ent i al f ut ur e i m pr ovem ent s i n m et al l i c m agnesi um s m el t i ng.K ey w ords :m agnesi t e;dol om i t e;s m el t ;m et alm agnes [中图分类号]P619.23+7[文献标识码]A [文章编号]1004-5538(2023)04-0035-020引言金属镁作为一种质轻耐高温金属,可应用于航空、军事、汽车等多个领域。
真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究
真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究(1)时间:2009-11-19 来源:昆明理工大学真空冶金国家工程实验室编辑:刘红湘随着现代工业的飞速发展，传统金属资源已濒临枯竭，寻找和开发新的金属资源已势在必行。
金属镁由于其优良的物理性能和机械加工性能，正以“时代金属”的角色出现在冶金材料的舞台上，再加上其丰富的蕴藏量，被人们誉为21世纪最有前途的轻量化材料和绿色金属工程材料。
镁的冶炼方法是镁工业发展的前提和基础，由于现有金属镁的冶炼方法普遍存在能耗大、污染严重、流程长、成本高等问题。
因此对真空碳热还原氧化镁制取金属镁进行研究具有十分重要的意义，与现有的炼镁方法相比，该方法具有能耗低、成本低、环境污染小等特点。
1、现有炼镁方法目前，世界各国金属镁冶炼工业中比较成熟的炼镁方法大致可分为两大类: 一类是熔盐电解法，在氯化镁的熔融电解质中，通直流电电解直接得到金属镁，通称电解法。
另外一类是硅热法，以煅烧白云石为原料，以硅铁粉（含Si>75％）为还原剂，在高温条件下把氧化镁还原成金属镁，称为热还原法，通称热法。
全世界范围内使用电解法炼镁的厂家比较多，其产量曾占世界镁总产量的80％，硅热法炼镁仅占20％。
近几年随着中国金属镁产量(主要使用硅热法)的不断增加，硅热法生产的金属镁所占的比例得到了很大的提升。
2007年，中国生产原镁67 万吨，占世界生产总量的85%，硅热法生产的金属镁占世界总产量的75%。
电解法按使用原料的不同可分为以菱镁矿、卤水、光卤石为原料冶炼金属镁三种方法。
硅热还原法炼镁根据冶炼炉型的不同，也有多种生产工艺，其中最具典型代表的是皮江法(PidgeonProcess)和马格尼特法(Magnetherm Process)。
电解法生产金属镁存在的主要问题有：生产过程复杂，电耗高，生产条件差，设备腐蚀严重；经常发生氯气的跑、冒、漏，给环境造成污染，给工人的身体健康带来影响；其废气、废水、废渣处理的任务重、费用高；设备和厂房由于腐蚀严重，维修费用高，投资较大。
镁冶金学
第二章
镁冶金
7.镁的溶解度
镁可溶于MgCl2熔液中，溶解度（摩尔分数）可达
0.55～1.28%，通过调整电解质成分可使金属镁的溶
解降至最低，如在MgCl2-NaCl-KCl-CaCl2熔液中，
镁的溶解度很小，一般为0.004～0.02%。
第二章 镁冶金 三、电解质中杂质对电解过程的影响 镁电解质中的杂质来自原料和电解槽的内衬(铝、硅) 和铁的部件。 杂质在电解时会引起一些不良反应造成镁的损失、 氧化物氯化造成氯的损失、杂质电化学分解造成电 能损失。
第二章
镁冶金
上图中，σ 界面张力，σ 下列关系:
E-M为电解质--镁的界面张力，σ E-S为电解质--钢阴极的 M-S为镁--钢阴极的界面张力。当三者达到平衡，则成立
E S M S E M cos M S cos E S E M
第二章
镁冶金
3.诺斯克法 所用原料或者是海水， 或者是MgCl2含量高的卤水。 跟道乌法不同的所得氢氧 化镁不是用盐酸去氯化， 而是加以缎烧，以得MgO。 MgO与焦炭混合制团后， 用电解槽产出的氯气去氯 化;其早先的生产流程见 图
第二章
镁冶金
后来，为减少能量消耗并减轻环境污染，建 立了新的生产流程见图2-2.
现在，有关界面张力的资料尚不充分。已 知，电解质诸组成份对钢表面的湿润性增 大的顺序是:MgCl2→CaCl2→NaCl→KCl。 6.分解电压 镁电解质诸组成份的分解电压详见表2-2。
第二章 镁冶金 由表可见，MgCl2的分解电压值在800℃时为2.51V， 在诸组成份中是最低的，所以它优先进行电解。
4. 电导率
在镁电解质诸组成份当中，LiCl的电导率为最好，
皮江法制镁的原理及前景
金属镁工业制法镁存在于菱镁矿（碳酸镁）MgCO3、白云石（碳酸镁钙）CaMg(CO3)2、光卤石（水合氯化镁钾）KCl·MgCl2·H2O中。
目前镁冶炼的方法主要有两种:1、从尖晶石、卤水或海水中将含有氯化镁的溶液经脱水或焙融氯化镁熔体,之后进行电解,此法称为电解法;2、用硅铁对从碳酸盐矿石中经煅烧产生的氧化镁进行热还原,此法称为热还原法。
1808年,科学家戴维以汞为阴极电解氧化镁,在人类历史上第一次制取了金属镁。
18世纪30年代,法拉第第一次通过电解氯化镁得到了金属镁。
第一次世界大战开始之前,法国、德国、英国和加拿大都实现了镁的工业生产,但产量有限,大约年产量几百吨,主要用于军事方面。
19世纪80年代,才由德国首先建立工业规模上的电解槽,电解无水光卤石生产金属镁,从此开创了电解法炼镁的工业化时代。
后经不断在工艺和设备方面的改进,直到目前世界上采用的就是这种电解法。
电解法炼镁的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。
高温情况下水对熔盐性质的影响是致命的,因此,高纯度的无水氯化镁是电解法制镁关键所在。
依据所用原料及处理原料的方法不同,电解法炼镁又可细分为以下几种具体的方法:道乌法、氧化镁氯化法、光卤石法、AMC法、诺斯克法。
电解法因为其生产工艺先进,能耗较低的优点,是一种极具发展前景的炼镁方法。
目前,发达国家80%以上的金属镁是通过电解法生产。
由于金属镁的需求越来越大,电解法生产金属不能够满足镁的需求,因此催生了金属镁的热还原法冶炼。
第二次世界大战期间,热还原法生产镁的技术迅速发展起来。
使用硅作为还原剂还原氧化镁实现于1924年,但此时还未应用于工业生产。
第二次世界大战期间,意大利科学家发明了在真空高温炉内用硅铁还有白云石生产镁的工艺;同期,奥地利科学家发明了用碳直接还原氧化镁来生产镁的亨氏格技术。
第二次世界大战以后,这些工艺用于工业化生产。
1941年加拿大教授L.M.皮江在渥太华建立了一个以硅铁还原煅烧白云石炼镁的试验工厂,获得了成功。
国内皮江法炼镁技术的缺陷与改进途径
的问题是只对金属镁中非金属杂质起净化作用 ! 对 金 属 元 素 如 )*%+,%-.%/0 等 起 不 到 净 化 作 用 ! 同时还产生有毒气体 12!" 国内有些厂家采 用 3+. %45+. %/6+.! 新三元素熔剂 ! 外加适量的 氢化钛粉 ! 有效解决 了金属镁 金 属 杂 质 含 量 问 题 !不仅降低了污染 !还降低了成本 " " 结束语 研究 和 开 发 符 合 中 国 国 情 的 新 型 皮 江 法 是 解决目前皮江法炼镁工艺中存在的高耗能 % 高污 染 % 工业自动化程度低的三大瓶颈问题的唯一办 法 " 采用清洁能源 %研究高效节能还原装备 % 优化 生产工艺参数以及能源和资 源 综 合 利 用 是 实 现 高效 % 节能 % 环保型皮江法炼镁技术的关键 " 对我 国皮江法炼镁技术的可持续 发 展 有 十 分 重 要 的 意义 "
Байду номын сангаас
同时 " 有 学 者 提 出 在 真 空 条 件 下 煅 烧 白 云 石 " 可以降低煅烧的温度 " 降低能耗 " 并在实验室 取得了成功 "最高温度仅在 0++!,++" # 但在实际 工业生产中未曾验证 ’*!(# !"$ 磨碎 ! 配料 ! 制球工序 目前国内大多数 镁 厂 在 磨 碎 $ 配 料 $ 制 球 工 序中存在着粉尘 污染严重 $ 生产成本高 $ 制 球 不 合格等问题 # 其中 "粉尘污染来源于物料破碎 $ 物 料混合 # 而对配硅比数据的掌握不当 " 是造成硅 铁浪费 " 从而 使成本居高不下 " 是许多企 业 亟 待 解决的问题 # 压形力 $ 炉料细磨工艺不正确以及 球 团吸湿比较严重是造成球团 不 合 格 的 主 要 原 因# 因此 " 可以在主要的物料破碎和物料混合工 序 " 增加粉尘收集装置 " 一方面减少污染 " 同时也 极大减少了跑冒滴漏 # 采用计算机优化程序优化 出最佳配硅比 " 既可以得到最 佳的出镁 率 " 同 时 又保证了最恰当的硅利用率 # 提高产量 " 降低成 本# 皮江法炼镁的还原反应是固 1 固 多 相 反 应 " 炉料必须经过压 形 " 来增加物 料 之 间 的 相 互 接 触 "以缩短硅原子还原 "23 的自由行程 # 而最佳 制球压力 " 一方面保证了球团 的成型 $ 抗 压 强 度 以及较高的热传导率 " 更重要的是保证了反应颗 粒之间有较大的接 触表面积 ! 另一方面 " 可 以 保 证镁原子有足够的扩散速度和一定的孔隙率 # 因 此 " 制球压力是影响还原效率和硅铁利用率的一 个很重要因素 # 通过采用煅白 $ 硅 铁 $ 萤 石 三 种 原 料 应 混 合 磨的方法 " 可以保证炉料的细度和混合度 " 同时 " 使炉料混合更均匀 " 也减少 了 与 空 气 的 接 触 几 率 " 保证 了炉料的质量 ! 对于炉料的配 硅 比 和 配 料比应该严格控制 " 要通过理论实践的不断摸索 以及加强生产管理来实现 # 采用微机配料 $粉磨 $ 制球封闭联动线 " 是达到制备合格球团的有效途 径# !%$ 真空还原工序 目前 国 内 多 数 镁 厂 在 还 原 工 序 中 存 在 以 下 主要问题 )%* & 热利 用率低 " 只有 0# 左右 !%!& 还 原周期长 " 一般是 *! 小时 !%.& 还原罐寿命短 " 一 般 +400 个5 吨镁 " 占成本的 *6 !78# " 寿命 大 概 在 9!8 个月左右 # 解决的办法是改进还原罐结构 $ 采用新型保 温材料 $ 切断热 短路 $ 提高内部介质的综 合 导 热 系数 $ 改变升华和结晶路 径 $ 改进炉型等 " 同时 " 采用现 代化的控制技术 " 采用 机 械 化 装 卸 料 装 备 "可以使这状况得到改善 # 维恩克公司对炉型做了改进 " 采用水煤浆对
皮江法炼镁工艺在我国的创新进步与发展
炼镁小型工业试验厂。此后 20 年的时间里，一直停留在试 验 阶 段，研 究 人 员 也 持 续 进 行 着 各 式 各 样 的 探 索，期 间 也 试验了电内热法工艺。直到 1979 年，郑州轻金属研究所和 南京白云石矿共同建立的小型还原炉试验成功，年产镁 58 吨。在多年的摸索与吸收国外技术的基础上，逐渐开始小规 模化生产。由于皮江法工艺简单、投资少、设计与生产规模 灵活、原料分布广等特点，众多规模不等的皮江法镁厂在全 国各地“遍地开花”，全国共建成规模不等的皮江法镁厂约 有 500 家。皮江法迅速发展，使得中国及至世界的电解法工 艺在市场中没有生存空间，逐渐都被淘汰 [17,18]。自 1998 年， 中 国 成 为 世 界 最 大 原 镁 生 产 国 家，产 量 居 世 界 第 一，直 到 2003 年，民和电解法镁厂关闭，至此中国原镁生产基本上 都采用皮江法工艺。2007 年时中国原镁产量已占世界产量 80%[19,20]。 3.2 创新技术应用
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
皮江法炼镁工艺在我国的创新进步与发展
车玉思1,2，李玉哲1，宋建勋1,2，何季麟1,2
（１ 郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 ４５０００１；２ 河南省资源与材料工业技术研究院，河南 郑州 ４５０００１）
摘 要 ：皮江法炼镁工艺在经过多年的研究与吸收国外相关技术的基础上，由于其工艺简单、投资少、设计与生产规模
利用还原炉热烟气带余热锅炉产生的蒸汽驱动射流真 空代替机械真空，节约了电耗 ；用焦炉煤气替代燃煤作为炼 镁的燃料，可节省 30%~40% 的能耗，既降低了生产成本， 又解决了炉窑烟尘对环境的污染。尤其是陕西省府谷县按照 “集中布局、绿色生产、项目组团、产业循环、园区承载”的 发展思路，整合资源、重组企业，走出一条循环发展之路， 如图 4 所示。
镁及镁合金知识
3
45 14
8-15
45
4
72 27
5
73 28
8
8.9
17
2.1
30-50
207 83
布氏硬度
泊松比
65
0.35
60
0.35
80
0.33
80
140
0.30
一心一意炼精镁
聚精会神做合金
镁合金应运实例
• 镁合金作为目前密度最小的金属结构材料之一，广泛应用 于航空航天工业、军工领域、交通领域、3c领域等。 • 镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化 的目的。手机电话，笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年 增大，在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。 • 在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使 用镁合金。电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔。 • 在手机电话的壳体和屏蔽材料上使用了镁合金。 • 在硬盘驱动器的读出装置等的振动源附近的零件上使用镁 合金。若在风扇的风叶上使用镁合金，可减小振动达到低 骚音。此外，为了在汽车受到撞击后提高吸收冲击力和轻 量化，在方向盘和坐椅上使用镁合金。
一心一意炼精镁
聚精会神做合金 执行标准
GB/T 19078-2003 ASTM B 93M-2000
一心一意炼精镁
• •
聚精会神做合金
中国镁合金牌号
• 纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等 变形镁合金：MB＋顺序号表示。 元素，制成镁合金。 MB1、MB8为Mg-Mn系合金：具有良好 Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr 耐蚀性和焊接性，使用温度不超过150℃。 系 和Mg-RE-Zr系等合金系。 主要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结构 分为变形镁合金和铸造镁合金。 件。 MB2、MB3、MB5、MB6、MB7为Mg-Al －Zn－Mn系合金：具有好的室温力学性 能和焊接性。主要用于制造飞机舱门、壁 板及导弹蒙皮。 MB15、MB21、MB25为Mg-Zn－Zr系合 金：具有较高拉伸与压缩屈服强度、高温 瞬时强度，及良好的成形和焊接性能，但 塑性中等。主要用于制造飞机长桁、操作 系统的摇臂、支座等。 Mg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密 度小，强度高，塑性、韧性好，焊接性好， 缺口敏感性低，在航空、航天工业中具有 良好的应用前景。
镁行业常用术语中英文对照
熔剂的反应机理镁合金的熔点不高,热容量较小,在空气中加热时,氧化快,在过热时,易燃烧,在熔融状态下无熔剂保护时,则可猛烈燃烧。
因此镁合金在熔炼过程中必须始终在熔剂和保护气氛下进行。
同时，在转移镁合金及浇注成型过程中，各种工具也需要进行洗涤和保护，这些都要涉及到熔剂。
其实熔剂的基本作用是在熔体表面形成—化学抑制层来防止熔体氧化，并去除熔体中的固态和气态的非金属夹杂物。
要选择比镁氧化亲和性更强的物质来做镁合金熔剂，最好是用碱金属和碱土金属的氯化盐和氟化盐。
镁合金熔剂主要由MgCl2、KCl、CaF2、BaCl2等氯盐及氟盐的混合物组成，它们按一定比例混匀，使熔剂的熔点、密度、黏度及表面性能均较好的满足使用要求。
其中MgCl2是起主要作用的成分，对镁熔体具有良好的覆盖作用及一定精炼能力。
主要表现在以下几个方面：1、MgCl2熔点为981K ，易与其他盐混合形成低熔点盐类混合物，迅速地铺展成一层连续、致密的熔剂层。
2、MgCl2能很好地湿润熔体表面的MgO，并将其包覆后转移到熔剂中去，消除了由MgO 所产生的绝热作用，使Mg在氧化中产生的热量能较快地通过熔剂层散出。
避免镁合金熔体表面温度急剧上升。
3、MgCl2有很大的吸湿性，裸露在空气中很快受潮，与空气中的氧及水气反应生成HCl、Cl2、H2等。
其反应如下：2MgCl2+O2=2MgO+2Cl2 MgCl2+H2O=MgO+2HCl反应生成的Cl2和HCl能迅速的和Mg反应生成MgCl22HCl+Mg= MgCl2+H2↑Mg+Cl2= MgCl2这样HCl、Cl2、H2等保护气氛及MgCl2薄层覆盖均能有效地阻止Mg与O和H2O的作用，防止氧化，抑制燃烧。
4、MgCl2具有化学造渣的作用，形成的产物MgCl2·5 MgO能从熔体中沉淀出来。
MgCl2 + 5 MgO= MgCl2·5 MgO往MgCl2中加入KCl、NaCl能够显著降低熔剂的熔点，密度，黏度，提高熔剂稳定性。
原镁生产方法
硅热法主要反应
MgCO3·CaCO3=CaO·MgO十2CO2
▪ 2(CaO·MgO)+Si = SiO2 ·2CaO+2Mg
2.1 熔盐电解法
MgCl2=Mg+Cl2
电解法炼镁的原料主要有海水、盐湖 卤水、菱镁矿、光卤石等，这些原料最终 都 解要 法变中M成gMCgl2C的l2制，备才是能十进分行重电要解的。工因序此。电
2.1.1 以菱镁矿为原料的炼镁工艺流程
图2-1是我国按菱镁矿生产镁的工艺 流程，流程的特点是菱镁矿颗粒氯化， 氯化镁熔体采用MgCl2-NaCl-CaCl2-KCl 四元系电解质电解，电解温度为720℃。 电解质中MgCl2含量为8％
将Mg(OH)2 煅烧得到MgO， MgO 与 焦炭混合制团，用电解槽产生的氯气 氯化，得到无水氯化 热还原法
热还原法炼镁就是利用某种还原剂，将镁从其化 合物中还原出来而制得金属镁的一种生产方法。
▪ 热还原法炼镁中，硅热法炼镁（皮江法）占有优
势地位
▪ 1941年加拿大多伦多大学教授皮江(Pidgeon)在握
第三章 镁的强化处理
工业纯镁的室温塑性很差，如纯镁单晶体的临界 切应力只有4.8～4.9MPa，此外，纯镁多晶体的强度 和硬度也比较低，不能直接用作结构材料。通过一定 的强化处理过程后，镁的力学性能会得到大幅度改善。 国内外在镁及其合金的强化方面进行了大量的研究， 并取得了积极的成果。
目前已应用于镁合金的强化处理方法主要有合金 化强化、热处理强化、复合强化和细晶强化。在这些 强化处理方法中，以合金化强化为最基本、最常用和 最有效的强化处理方法，其他方法均建立在合金化强 化的基础上。
镁行业规范条件【2020版】
8
附1
镁行业企业规范公告申请报告
企业名称：________________（加盖公章） 企业法定代表人：__________（签 字） 填 报 人：________________（签 字） 联系电话：________________ 审 核 人：________________（签 字） 申请日期：________________
5.环境应急预案的备案情况，包括环境风险评估和应急 资源调查情况。
上年度原镁生产能力万吨上年度原镁实际产量万吨上年度企业产值万元上年度销售收入万元上年度利润总额万元上年度企业上缴税金总额万元上年度企业资产总额万元上年度企业净资产万元用地总面积平21附表2现有主要产量变化情况表产品名称上一年度产品产量原料构成备注白云石万吨国内原产地si75万吨萤石万吨22附表3现有主要生产装备变化情况表有变化无变化产品名称主体生产工艺装备生产能力万吨总投资万开工时间投产时间备注注
6
4.工业和信息化部集中接收相关部门或单位报送的申请 材料，并委托行业协会等机构组织有关专家对申请企业报告 进行复审，必要时组织现场核查。
5.工业和信息化部对通过复审的企业进行审查，必要时 征求生态环境部等部门意见，对符合规范条件的企业进行公 示，无异议的予以公告，并抄送有关部门。
（二十七）公告企业实行动态管理 工业和信息化部对公告企业名单进行动态管理。每年 3 月底前，规范企业应向所在地省级工业和信息化主管部门提 交上年度的自查报告（见附 2），省级工业主管部门负责审查， 并将审查结果报工业和信息化部；中央企业自查，并将自查 结果报工业和信息化部。工业和信息化部组织协会对公告企 业进行抽查。鼓励社会各界对公告企业规范情况进行监督。 公告企业有下列情况之一的，将撤销其公告： 1.填报相关资料有弄虚作假行为的； 2.拒绝开展年度自查、接受监督检查和不定期现场核查 的； 3.不能保持规范条件要求的； 4.主体生产设备关停退出或停产 1 年及以上的； 5.发生重大产品质量问题、重大环境污染事件或生态破 坏事件、较大及以上生产安全事故、重大社会不稳定事件， 造成严重社会影响的；
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镁的化学性质镁的化学性质很活泼。
固体镁在常温、干燥空气中，一般是比较稳定的，不易燃烧，但
在熔融状态时，容易燃烧，并生成氧化镁（MgO）。
在 300 ℃时，镁与空气中的N2作用生成氮化镁（Mg3N2），使镁表面成为棕黄色，并且温度达600℃时，反应迅速。
3Mg+2N2=Mg3N2镁在沸水中可与H2O作用，使水分解放出氢（H2）。
镁能溶解在无机酸（HCl、
H2SO4、HNO3、H3PO4）中，但能耐氟氢酸和铬酸的腐蚀。
盐卤、硫化物、氮化物、碳酸氢钠（NaHCO3）溶液对镁有侵蚀作用。
镁在NaOH 和Na2CO3溶液中是稳定的，但有机酸能破坏镁。
镁能将许多氧化物（TiO2、UO2、Li2O 等）和氯化物（TiC l4、ZrC l4）等还原。
镁与铁不形成合金，但铁在镁中的溶解度随温度增高而增大，镁的物理化学性质
镁的物理性质镁是元素周期系第二族化学元素，其晶格是密集的
六方晶系。
镁的自由原子的电子排列为1s22s22p63s2，所以镁通常为两价（Mg2+）。
金属镁是一种很轻的金属，它的质量比铝还轻
1/3，它还是电与热的良好导体等，其物理化学性质数值为［3］：原子序数：12原子量：24.305原子体积：13.99cm3/mol原子半
径：0.15nm离子半径（Mg2+）：0.074nm密度：20℃
（Mg99.9%） 1.74g/cm3熔点（651℃）1.57g/cm3液体状态
1.54g/cm3熔点温度：651℃沸点温度：1107℃（p=0.1MPa）熔融潜热：（99.93% Mg）8786.4±418.4J/mol蒸发潜热：
（1107℃）127.6±6.3kJ/mol升华热：（651℃）
142.3±6.3kJ/mol导热率：（20℃）22.9×10-4Ω·cm-3标准电位：-2.38V电化当量：0.453g/A·h结晶收缩率：3.97% ～4.2%收缩率：（651～20℃）2%镁的蒸气压相当高，627℃时为
215.95Pa，727℃时为1037.1Pa，因此镁极易挥发。
纯镁是柔软
可锻的金属，铸镁的抗拉强度约为8kg/mm2，而锻镁则为
20kg/mm2，其延伸率相应为6% 和8% ，布氏硬度分别为30kg/mm2
和35kg/mm2，镁中所含的杂质大多数对其机械性能有不良影响。
MgO 超过0.1% 时会降低镁的机械性能。
钠的含量超过0.01% 或者钾的含量超过0.03% 时也会大大降低镁的抗拉强度及其机械性能。
但同时含钠达0.07% 和含钾达0.01% 时，镁的机械强度虽不降低，但降低其塑性。
但是有些杂质元素对镁的物理性能有所改善。
例如杂质硅能使镁的抗拉强度增大；钙能使镁的晶粒细化，含钙约为0.45% 时，镁的
塑性显著提高；含铝1% 左右能增加镁的硬度和机械强度；铜在1% 以下时不使镁的机械强度发生变化。
镁与铝、铜、锰、锌、锆、钍等金属可构成合金。
这些合金的机械性能比纯镁优良。
镁与铁、铍、钾、钠等金属不能构成合金。
蒸汽压指的是在液体（或者固体）的表面存在着该物质的蒸汽，这些蒸汽对液体(或者固体）表面产生的压强就是该液体(或者固体）的蒸汽压。
比如，水的表面就有水蒸汽压，当水的蒸汽压达到水面上的气体总压的时候，水就沸腾。
我们通常看到水烧开，就是在100摄氏度时水的蒸汽压等于一个大气压。
蒸汽压随温度变化而变化，温度越高，蒸汽压越大。
当然还和液体种类有关
在一定的温度下，与同种物质的液态(或固态)处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度升高而增加。
如：放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。
如果把纯水放在一个密闭的容器里，并抽走上方的空气。
当水不断蒸发时，水面上方汽相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。
但是，当温度一定时，汽相压力最终将稳定在一个固定的数值上，这时的汽相压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压力。
当汽相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值时，液相的水分子仍然不断地气化，汽相的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，液体和气体达到平衡状态。
所以，液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压力时，汽液两相即达到了相平衡。
饱和蒸汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度。
饱和蒸汽压越大，表示该物质越容易挥发
为了使镁蒸气冷凝下来，必须使结晶器内镁的蒸气压75（p实）大于结晶温度下镁的饱和蒸气压（p饱和）。
即p实>p饱和应该指出，还原过程是在真空中进行的，因此还原出来的镁蒸气不可能达到平衡。
即使在还原区，镁蒸气的实际蒸气压（p实）比镁的平衡蒸气压（p平）低。
进入冷凝器的镁蒸气压p实>350.58Pa时，镁冷凝成液态，当p实<350.58Pa时，镁直接冷凝成固态。
为了提高镁的冷凝效率，冷凝器的温度低一点为好，但冷凝器
的温度和剩余压力对镁的结晶结构有很大的影响。
生产实践表
明，为了减少出罐和精炼时镁的氧化燃烧损失，要求镁蒸气在冷凝
时得到致密的结晶。
冷凝器的温度愈高和剩余压力愈低，结晶愈
致密。
当冷凝器内的剩余压力为1.33Pa时，可以得到平整的纤维状结晶。
剩余压力为26.66Pa时，得到的是树枝状的镁。
当剩
余压力较高，冷凝温度又低镁蒸气将成镁粉冷凝下来。
81.镁的结晶状态受哪些因素的影响？
镁的结晶状态与还原时体系的剩余压力有关，还与冷凝温度
有关。
冷凝温度高（低于镁的熔点、真空度高（剩余的压力低），冷凝的镁是致密纤维状的镁。
冷凝温度高，真空度低，冷凝成树枝状
的镁。
冷镁温度低，真空度低，会冷凝成粉状镁。
所以冷凝温度的
高低、真空度或剩余压力的高低对镁结晶的状态影响很大。
结晶镁的质量与漏入罐内的空气、炉料中的水分和CO2有关。
它们能使镁蒸气氧化，生成MgO和Mg3N2，并与镁蒸气一
起冷凝沉降下来，妨碍镁滴的彼此融合，使结晶镁极为分散且无金
属光泽
还原车间恶劣的劳动条件是如何形成的？生产上应如何
操作来改善它？
还原时从滑阀泵排出的气体是真空泵油的挥发物，这部分气
体有害工人身体健康，应排到室外。
还原罐开盖后，冷凝结晶在碱
金属捕集器中的Na、K，因活性大，立即燃烧，冒白烟。
如果冷凝在镁结晶器中的镁属于疏松、细粒状的镁粉，也会引起着火燃烧，冒
出大量的烟气。
如果还源罐中的炉渣因温度降低而粉化，那么在
扒渣时容易造成飞扬损失，使空气中含尘量增大，渣中夹带的镁、
及会氧化和氮化，氮化镁（Mg3N2）的分解放出大量气体及NH3气，这就使车间的劳动条件大大变坏。
为了改善车间的劳动条件、
厂房内应设卫生排气系统，还原时控制炉温及冷凝器中的温度，使Mg、Na、K分部位结晶。
选定含Na、K低的白云石，采用机械扒渣，缩短扒渣时间；合理的匹配主真空机组，使系统剩余压力低、镁结
晶致密都有利于改善劳动条件。
在从还原罐中取出镁结晶器时，此时罐中有镁燃烧现象，可用含硫磺30% 的灭火熔剂进行灭火，以免镁烧损。
白云石中的CaO与MgO含量应达到上述要求，如果白云石中MgO含量过高（大于 22% MgO），CaO 含量就偏低（小于 30%CaO），在还原过程中就不能形成2CaO·SiO2炉渣，故应添加CaO。
反之白云石中CaO 含量过高（大于33% CaO），MgO 含量就偏低（小于19% MgO），还原过程中镁的产出率低，故原料中应添加MgO。
对于硅热法
炼镁来说，为了简化工艺流程，要求白云石中CaO/MgO=1（摩尔比）。
这样在工艺流程中可不考虑添加MgO或CaO。
以下四种硅铁的合金组成为：85% Si以上的硅铁，在合金组成中几乎全都是以游离硅（Si游）存在；75% Si的硅铁是由游离硅（Si游）和FeSi2组成；45% Si的硅铁是由FeSi2和FeSi组成，几乎没有游离硅；25% Si的硅铁完全是由FeSi和Fe3Si2组成的
萤石一般用天然萤石作为硅热法炼镁的添加剂，这种天然萤石其CaF2含量为87% ～90% ，最好的含CaF2可达95% 。
萤石中应少含SiO2、Fe2O3和Al2O3等杂质。
硅热法还原煅烧白云石的反应机理
以硅作还原剂还原煅烧白云石的化学反应，
可以用下式表示：2（CaO·MgO）+Si==2Mg+2CaO·SiO2在还原温度（1200℃）下，反应物均为固态，但却可获得较快的还原速度Mg和CO2反应会生成单质碳且是主反应。
在点燃条件下
2 Mg+CO2===2MgO+C
镁属于第二主族元素,与钠同周期,故金属性比钠弱,与水反应生成物与纳与水反应相似,条件比钠要求高
镁与热水(冷水)反应强烈(缓慢)生成氢氧化镁沉淀物并置换出氢气
化学方程式为
Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑
氧化镁
名称：氧化镁(Magnesium oxide)
俗称: 苦土;灯粉
分子式: MgO
物理性质:白色轻松粉末，无嗅无味无毒.本品不溶于水和乙醇，熔点2852℃，沸点3600℃，氧化镁有高度耐火绝缘性能。
化学性质:氧化镁是碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性
暴露在空气中，容易吸收水份和二氧化碳,溶于酸和铵盐
高温
Mg(OH)2==MgO+H2O。