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中國是世界原鎂的產(chǎn)業(yè)大國，原鎂產(chǎn)量占到全世界的80%以上，但中國目前的原鎂冶煉工藝仍以沿用了70多年的小罐皮江法為主。該法以小型合金罐為還原容器，煤氣或原煤作為外加熱燃料，存在單罐單次產(chǎn)量低、能耗高、污染大、裝備自動(dòng)化程度低，爐渣氧化鎂含量高，無法直接利用等諸多問題。為此，國家將粗鎂冶煉列入限制發(fā)展的產(chǎn)業(yè)目錄。所以，開發(fā)高效、清潔化的快速工業(yè)煉鎂技術(shù)在鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展中勢(shì)在必行。
近20年來，針對(duì)皮江法存在的問題，研究者主要集中在對(duì)皮江法的原料、溫度、還原罐的規(guī)格、加熱方式等方面進(jìn)行了探討和改進(jìn)，取得了一定成效，但難以從根本上解決小罐皮江法的弊端。
西安科技大學(xué)王曉剛團(tuán)隊(duì)提出和設(shè)計(jì)了以內(nèi)熱法豎式爐作為大型反應(yīng)煉鎂容器，以清潔的電作為加熱方式，采用方便、便捷的的電作為加熱源，力圖徹底解決還原過程中的污染大、能耗大、勞動(dòng)強(qiáng)度大根本問題。
電加熱豎式煉鎂爐結(jié)構(gòu)示意圖
近期，該團(tuán)隊(duì)通過工業(yè)化試驗(yàn)研究試驗(yàn)，基本實(shí)現(xiàn)了快速高效和連續(xù)性的提煉鎂的過程，且各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于皮江法，工業(yè)化試驗(yàn)的整體裝備。
電內(nèi)熱法半工業(yè)化試驗(yàn)成功
王曉剛團(tuán)隊(duì)在歷時(shí)近4年的半工業(yè)化試驗(yàn)過程中，以半工業(yè)化試驗(yàn)爐的裝料量在1.5噸左右為指標(biāo)，共進(jìn)行了10余次的試驗(yàn)，獲取了一系列的工業(yè)化參數(shù)和工藝指標(biāo)。
經(jīng)過綜合評(píng)價(jià)，最終確定快速煉鎂技術(shù)參數(shù)為：還原周期3～5小時(shí)，料鎂比達(dá)5.8～6.0，電耗為8000度～10000度/噸鎂;粗鎂中鎂含量>99.90%;鎂還原率達(dá)到85%～94%;還原渣中MgO殘余量0.48%～5.0%，小于國標(biāo)GB/T 23933-2009規(guī)定的8%，完全可用作鎂渣水泥的原料。詳細(xì)的各項(xiàng)指標(biāo)見表1。
表1 電內(nèi)熱豎式煉鎂爐中試結(jié)果
工業(yè)化試驗(yàn)取得新進(jìn)展
該團(tuán)隊(duì)在半工業(yè)化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的放大試驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)和制造了裝料量在4噸以上的快速煉鎂爐。在工業(yè)化試驗(yàn)時(shí)，共加入4噸的原料和墊料，其中球團(tuán)料約為2噸，還原鎂渣作為隔熱墊料約為2噸，試驗(yàn)過程最高升溫到1275℃，共耗電2650kWh，整個(gè)高溫階段的真空度保持在10Pa~15Pa。
整個(gè)高溫段時(shí)間還原周期為4小時(shí)，該段的能耗約為1620kWh，占總耗能的61%，得到粗鎂為320kg，料鎂比約為6.25，折算噸鎂耗電約8280kWh。所得粗鎂的純度約為99.903wt.%。其粗鎂中的雜質(zhì)含量如表2所示，且雜質(zhì)含量主要以硅和鈣為主，可能與真空條件下鈣和硅化合物的揮發(fā)有關(guān)。
表2 粗鎂中主要金屬雜質(zhì)含量
總之，該團(tuán)隊(duì)建立在多熱源基礎(chǔ)上的電內(nèi)熱豎式爐，將傳統(tǒng)皮江法的還原溫度提高至1250℃-1300℃，實(shí)現(xiàn)了煉鎂的快速化，大型化和清潔化。
據(jù)悉，與傳統(tǒng)罐式皮江法相比，該技術(shù)生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高，預(yù)計(jì)可降低噸鎂成本3800元，具有很高的市場(chǎng)前景和推廣價(jià)值。
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