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阿拉欠舍夫实现第一次用硅作还原剂的。
皮江法炼镁成为工业炼镁的第二大方法。
1947年法国着手研究半连续生产的硅热法炼镁工艺流程，1959年建成了第一家日产2t镁的半连续热硅法镁厂,半连续炼镁成为镁工业先进水平的生产方法之一。
五、我国镁工业的发展
1949年以前，我国虽然有丰富的炼镁资源，但金属镁生产几乎处于空白状态。
1938年7月日本在东北成立满洲镁工业株式会社，1943年10月在营口建成采用电解法生产、设计能力为800t/a的镁工厂投产，到1945年8月，仅生产69t镁。
1943年采用碳化钙还原氧化镁的热还原法，在抚顺铝厂建成年产300t的试验厂，试产出少量镁。
1954年2月国家批准在抚顺铝厂建设镁车间。
从1958年起到20世纪60年代，我国曾筹建过营口镁厂、盐城镁厂、青西镁厂等，但由于种种原因都停了下来。
直到1966年初，在兰州205厂建设650t/a的皮江法镁车间，这是我国第一个工业生产金属镁的硅热法镁车间。
20世纪60年代末，曾在抚顺、郑州、兰州、民和等厂家进行过内热硅热法卧罐还原炉的炼镁试验和生产工作。
1970年开始，遍布沿海十个省市迅速发展了17个以海水、卤水、白云石为原料的地方小镁厂（车间），其中采用电解法的有12家。
这些小镁厂从小到大，从土到洋，边试验、边生产、边建设。
逐渐配套完善，到1976年共生产出1242t金属镁，缓解了国内对镁的急需。
进入20世纪80年代后，随着中国关系的改善，日本镁工业开始与中国有技术合作和交流，国内的科研院所如中南工业大学、郑州轻金属研究院和贵阳铝镁设计研究院等借鉴日本成熟的工艺，先后建成了南京白云石矿镁车间、通山化肥厂镁分厂等半工业性试验厂。
1987年，中国核工业全套引进日本古河镁厂技术和装备，于1989年在湖南建成5000吨/年的金属镁厂，这是中国第一个规模生产的热法镁厂。
随着日本技术的不断扩散，1990-1996年皮江法镁厂几乎遍布全国各省区，到2008年底，共建有热法镁厂400多家，统计的保有生产能力近300万t，中国连续10年保持了产量世界第一和出口量世界第一，成为世界镁大国。
六、镁锭的牌号
按GB/T3499-1995《重熔镁锭》标准，金属镁的（3个级别）牌号，如下表所示。
GB/T3499-1995纯镁的牌号与规格
牌号
W（Mg）/%
杂质含量（质量分数）/%
Si
Ni
Cr
Al
Cl
1号纯镁
≤99.95
≤0.01
≤0.005
≤0.003
2号纯镁
≤99.92
≤0.001
≤0.02
3号纯镁
≤99.85
≤0.03
≤0.002
≤0.05
2003年，对原标准进行了修订，于2004年1月1日施行，GB/T3499-2003《原生镁锭》对镁锭的化学成分（4个牌号）要求如下：
七、镁的物理化学性质
镁的物理化学性质的参数如表1-3所示。
表1-3镁的物理化学性质
名称
数值
原子价数
2
收缩率（650-20℃）/%
相对原子质量
24．32
沸点/℃
1107
密度
/t.m-3
20℃时W（Mg）=99.9%
熔点/℃
651
熔点651℃
1.572
布氏硬度铸造的
HB300
液态700℃
1.544
布氏硬度变形的
BH360
八、镁的一般化学性质
1）镁的化学性质活泼。
2）固体镁在常温、干燥空气中，一般是比较稳定的，但在熔融状态时，容易燃烧，并生成氧化镁MgO。
3）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。
4）镁在沸水中可与H2O作用，使水释放出H2。
5）镁能溶解在无机酸（HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4）中，有机酸能破坏镁。
但能耐氢氟酸和铬酸的腐蚀。
6）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。
7）镁能将许多氧化物（TiO2、VO2、LiO2）和氯化物（TiCl4、ZrCl4）等还原。
8）镁和铁不形成合合金，但铁在镁中的溶解度随温度增高而增大。
九、镁与水的反应
镁无论是固态学是液态均能与水发生反应在室温下,反应速度缓慢,随着温度升高,反应速度加快。
在相同条件下,镁与水之间的反应,要比镁与氧之间的反应更激烈。
当熔融镁与水接触时,不仅因生成氧化镁放出大量的热,而且反应产物氢与周围大气中的氧迅速作用生成水,水又急剧气化膨胀,结果导致猛烈的爆炸,引起镁熔液的剧烈燃烧与飞溅。
所以,熔炼镁或镁合金时,与熔液相接触的炉料、工具、熔剂均应干燥。
一十、镁与钢、铝、塑料的物理性能如何？
镁与钢、铝、塑料的物理性能见表1-7。
镁与钢、铝、塑料的物理性能
金属
密度/t.m-3
弹性模量/MPa
比弹性模量
抗拉强度/MPa
比抗拉
强度
热导率
/W.（m.k）-1
减振
系数
钢
7.4
180
24.3
200-400
27-54
80
10-17
铝
2.7
70
25.9
200-350
73-128
249
2-5
塑料
1.5-2.0
15-25
10-12.5
100-250
50-167
20-50
镁
1.74
45
25.86
200-300
118-172
197
30-60
一十一、金属镁的生产方法
生产金属镁的方法有熔融盐电解法和热还原法。
前者的直接原料为氯化镁，后者的为氧化镁。
电解法生产金属镁的方法很多，均以氯化镁为直接原料生产金属镁。
以白云石为例，电解法生产金属镁的过程是先制成氧化镁，再氯化制得无水氯化镁，最后电解制取金属镁。
如Dow公司用海水把烧结的白云岩制成泥浆，沉淀出Mg（OH）2；
Mg（OH）2再与盐酸反应生成氯化镁MgCl2，然后掺入其他物质加热电解制取金属镁。
又如挪威波斯格龙厂以白云岩和海水为原料生产氧化镁，再将焦炭、氧化镁，卤水一起成球，经干燥后在氯化炉中先制成氯化镁，，然后在温度为750℃的电解槽内电解制取金属镁。
其他用电解法生产金属镁的方法还有很多，不一一介绍。
热法炼镁的基本原理是将还原剂（硅铁、硅铝、硅钙、炭等）与煅烧过的白云石矿混合，并压成球或块，装入钢蒸馏罐内，在一定温度和相应的真空条件下，还原剂还原氧化镁生成金属镁蒸气，再经冷凝得到结晶镁。
以硅铁作还原剂生产金属镁时称为硅热法，硅热法炼镁主要有以下三种方法：
（1）皮江法：
首先将白云岩煅烧后与硅铁、萤石混合、磨粉、制成球团，再在1100℃以上的还原罐内抽真空炉进行还原，生成的镁蒸气冷凝后形成结晶镁，最后将结晶镁熔化铸成镁锭。
用该方法生产金属镁耗能较高，劳动强度大。
（2）马格尼特法（Magnethem）：
该方法是在密封电弧炉中，用硅铁还原制团的煅烧白云石，并添加铝土矿或氧化铝作用助熔剂制取金属镁。
该方法原料单耗较低，产量大，环境污染较少；
缺点是产品质量差，硅含量高，非生产时间较长。
（3）波尔萨诺法（Bolgnao）：
将煅烧白云岩和硅铁经过压团放入内热真空还原电炉内，以电加热（还原温度一般为1250℃），镁金属蒸气在外部冷凝制成金属镁。
一十二、镁及镁合金的用途
镁及镁合金的主要用途有：
（1）作为生产难熔金属的还原剂。
如生产稀有金属钛、锆等，镁可做生产铍、硼的还原剂。
（2）镁在铝合金中的应用。
铝合金中增加镁，使合金更轻，强度更高，抗腐蚀性能更好，因此它广泛应用于航空、船舶及汽车工业、结构材料工业、电子技术、光学器材、精密机械工业。
（3）镁在球墨铸铁和钢中的应用。
镁在球墨铸铁中起着球化的作用，使铸件强度延展性更高。
20世纪90年代后，球墨铸铁在轻型卡车、客车中用量增大。
生铁中加镁，可使铁中鳞片状石墨体球化，生铁的机械强度增加工能力1-3倍，它的液态流动性增加0.5-1.0倍。
（4）镁在钢铁脱硫中的应用。
镁正在成为整个北镁钢铁生产中使钢脱硫的首要化学品,在欧洲采用镁作为脱硫剂的比例为60%.这和方法工艺简单,镁对硫具有较好的亲和力（吨低硫钢需镁脱硫剂用量不到0.5Kg）.镁的这种独特性质,使钢铁企业能够在较低的成本下实现高产量、高质量，并能生产出如HSLA级的低硫钢，这种优质钢可用于汽车、设备和结构体中，很有前途。
镁用于脱硫，不仅改善了钢的可铸性、延展性、焊接性和冲击韧性，而且降低了结构件的重量，这就进一步增加了镁在钢铁工业中的需求量。
（5）镁合金构件的应用将迅速增加。
镁合金在汽车工业用途极广，美国福特公司在每台轿车上使用103Kg镁合金，这是一个十分可观的数量。
目前摩托车、自行车也大量使用镁合金。
一种新型的高温下强度高、耐蚀性好的AE43、AE42合金应用于航天工业，其应用前途极大，其次在电子信息和仪表产业中，该合金也大有用武之地。
镁合金基复合材料是新开发的产品，以颗粒形碳化硅做加强相，主要效果是提高弹性模量达到40%，而密度只有0.2g/cm3,它具有更好的耐腐蚀性和较低的线膨胀系数.
由于通过采用降低电位实现控制电化学腐蚀的技术,镁牺牲阳极合金已广泛应用于油气管道、城市供水、供气管道、储罐的阴极保护，以及码头钢棒、混凝土基础，水工闸门等接地材料的电化学保护和船舶的阴极保护。
镁牺牲阳极合金的应用在国内市场的需求量极大。
（6）作为高储能材料。
镁在常压下大约250℃和氢气作用生成MgH2,但在低压或高温度下又能释放氢,故具有储氢的作用.MgH2较一般金属氢化物储能高,所以镁可以作为高储能材料。
第二章硅热法炼镁原料概述
白云石、硅铁、萤石和精炼熔剂是硅热法炼镁四大原料，对我公司来说，气化煤是煤气生产的主要原料。
一、白云石
1．性状
白云石是碳酸钙和碳酸镁的复盐，分子式为CaCO3·
MgCO3，理论组成为CaO30.41％、MgO21.87％、CO247.72％，CaO/MgO质量比为1.39，摩尔比为1。
主要物理化学性质如下：
1）与酸反应缓慢，遇盐酸微弱起泡。
2）摩氏硬度：
莫氏硬度3.1～4.5。
3）密度：
2.86g/cm3～3.20g/cm3，堆比重1.5～1.8g/cm3。
2．化学成分要求
工业生产中，为节约检验成本，提高检验效率，对白云石化学成分一般要求如下：
表2-2白云石化学成分质量标准
成分
MgO
CaO
SiO2
Fe2O3+Al2O3
Na2O+K2O
MnO2
含量
19～20%
30%-33%
＜0.5%
＜1%
＜0.1%
＜0.0005%
白云石中各成分对生产工艺影响如下：
1）白云石中MgO含量即白云石的品位，白云石品位对产量和成本有重大影响，研究证明，品位每提高1个%点，产量可提高5%，成本可下降5%。
2）CaO是硅热法炼镁的基础，其主要作用是在还原过程中生成硅酸盐，促成了还原反应，但其含量对产量和质量没有实质性影响。
3）Fe2O3+Al2O3+SiO2为低熔点化合物，如含量过高，则还原渣容易发黏发软，相互黏着或黏附在罐壁，造成操作困难，减少加料量。
4）Na2O+K2O在还原过程中会优先于MgO被还原，还原的Na、K在开罐时遇到空气就会着火燃烧，进一步引燃粗镁；
Na2O+K2O含量高时，还会出现爆燃现象，造成安全隐患。
5）Mn主要以MnO2存在于白云石中，在还原过程中也会被还原，从而影响产品质量。
3．矿物结构要求
白云石的矿物结构大致分为两种。
第一种为结晶形，晶粒细小、聚晶、格子晶格、网状结构、无一定形状，其色泽为浅灰色。
这种矿石机械强度大，质地坚硬、不易破碎，破碎时粉化率较小。
在高温下煅烧时，其热强度大，热裂性较小。
由于这种矿石为不定性结晶、晶格能较小，所以在加热分解时吸收的能量也较小。
第二种虽也是结晶形，但晶粒粗大，晶粒分散，有一定形状，属于六方菱形结构。
这种矿石机械强度小，硬度小，在高温下煅烧时，其热强度较小，热裂性大，由于这种矿石的晶格是有规律的排布，晶格能也比较高，所以分解时所吸收的能量也比较高。
可见网状结构的白云石较好。
所以，硅热法炼镁要求白云石为微晶或细晶结构，尽量避免粗晶白云石，对白云石的耐磨指数也要求须达到规定的数值。
根据有关资料规定，其耐磨指数R1〈10%，灰比R2〈1.5%。
二、硅铁
1．历史：
1858年谢泼德（Shepard）在陨石中发现成分为87.28％Fe、11.01％Si的金属，并建议起名硅铁即铁和硅组成的铁合金。
2．冶炼方法：
硅铁是以焦炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的。
生产一吨硅铁原料及电能消耗为：
硅石1780-1850kg、焦炭890-930kg、钢屑220-230kg、电极糊45-55kg、电耗8400-9000kwh/t。
3．用途：
硅铁在钢铁工业用作炼钢脱氧剂与合金剂、铸铁中用作脱氧剂与变性剂；
选矿工业用作加重剂，焊条用作涂料，冶金工业用作还原剂。
在这些用途中，炼钢工业、铸造工业和铁合金工业是硅铁的最大用户。
75#硅铁在皮江法炼镁中常用还原剂，每生产1t金属镁就要消耗1.2t左右的硅铁。
4．特性：
75SiFe熔点为1300℃,比重为3.1。
5．硅热法炼镁硅铁的质量标准
块度：
自然块，小于20×
20mm的数量不得超过8%
化学成分要求，如下表
硅铁化学成分质量标准
Ca
Mn
P
C
＞75%
＜2%
＜0.04%
＜0.1％
硅铁中各成分对生产工艺影响如下：
1）硅铁中Si含量即硅铁的品位，硅铁品位对产量和成本有重大影响，研究证明，在72~78%范围内最佳。
硅铁品位高于80%时，效果会适得其反。
2）硅铁中Al在还原过程中的影响是双面的：
一方面，铝和硅一样，也可以还原MgO而形成镁蒸汽，因此，硅铁中的铝高，对提高产量有积极作用；
但另一方面，铝在真空条件下，也会形成蒸汽，进入结晶镁，造成原镁中铝含量超标，影响产品质量。
3）硅铁中Ca是是比镁更活泼的金属，硅铁中的金属钙一般在MgO还原前就被氧化为CaO，CaO在还原过程中生成硅酸盐，促成了还原反应，但其含量对产量和质量没有实质性影响。
4）硅铁中Mn是有害元素，虽然其沸点较镁高，但在还原条件下，也可能进入结晶镁，造成原镁中铝含量超标，影响产品质量。
5）其它杂质元素如P、S、C，对于出产在中国的陕西、内蒙的硅铁来说，都不会超标，对产量和质量都不构成明显影响。
三、萤石
萤石，又称氟石，是世界上20几种重要的非金属矿物原料之一，是工业上氟元素的主要来源。
它广泛应用于冶金、炼铝、玻璃、陶瓷、水泥、化学工业。
纯净无色透明的萤石可作为光学材料，色泽艳丽的萤石亦可作为宝玉石和工艺美术雕刻原料。
萤石又是氟化学工业的基本原料，其产品广泛用于航天、航空、制冷、医药、农药、防腐、灭火、电子、电力、机械和原子能等领域。
萤石分子式为CaF２，纯净萤石含钙（Ca）占51.3％，氟（F）占48.7％。
摩氏硬度为4，性脆，比重为3.18，熔点1380℃。
萤石一般不溶于水，与盐酸、硝酸作用微弱。
萤石具有能降低难熔物质的熔点，促进炉渣流动，使渣和金属很好分离，在冶炼过程中脱硫、脱磷，增强金属的可煅性和抗张强度等特点。
镁冶炼用萤石矿石一般要求氟化钙含量大于95％.对于炼镁，质量要求如下。
萤石粉工艺质量标准
项目
CaF2
SiO
烘干失重
粒度
要求
95%
1.0%
-150目
萤石中各成分对生产工艺影响如下：
1.萤石中的CaF2是有益成分，在还原过程中，其主要作用是对煅白和硅铁进行表面活化，降低炉料熔点，使固相反应成为液——固两相反应，提高反应速度。
在精炼过程中，CaF2具有能降低难熔物质的熔点，促进炉渣流动，使渣和金属很好分离，并实现镁液中脱硫、脱磷。
2.萤石中的其它杂质，在还原过程中，虽不对产量和质量构成太大影响，但杂质过多，则用量增加，会增加生产成本；
在精炼过程中，这些杂质可能进入镁液，影响质量。
3.萤石中的烘干失重，主要是水份，对还原和精炼都有害。
四、熔剂
作为结晶镁的精炼熔剂应满足毒性小、熔点低、精炼性强、熔盐密度应比镁大、粘度小、易与镁分离、不污染镁液等要求。
能满足这些要求的熔体才能作为镁的精炼熔剂。
我国精炼粗镁用的2#钙熔剂
熔剂名称
熔剂成分/%
基础熔剂
（2#钙熔剂）
MgCl238±
3，KCl37±
3，NaCl8±
3
CaCl28±
3，BaCl29±
3，MgO<
2.0
精炼熔剂
基础熔剂90~94%+CaF26~10%
撒粉熔剂
（覆盖熔剂）
基础熔剂75~80%+20~50%硫磺粉
粒度<
0.4mm
据研究表明，无水光卤石（等摩尔的MgCl2和KCl）的熔点为490℃，并形成稳定化合物，700℃时熔体的粘度随KCl含量的增加而降低，当KCl的摩尔分数为83%时为最低。
从粘度角度来看，高KCl含量是较好的，但MgCl2是润湿沉淀氧化物促使镁汇集的主要组成。
熔体中表面张力随KCl含量升高而降低。
据此可以认为，脱水光卤石具有较好的物理与化学性质，可以作为粗镁精炼熔剂的基本组合。
为增强熔剂的精炼效果，可加入BaCl2、CaCl2或NaCl。
BaCl2是最好的加重剂，但具有毒性则价格高昂，还有被禁止排放的可能；
CaCl2也有一定的加重作用，无毒却有强烈的吸水性，不易保存。
故为改善熔剂熔盐的性质应选择添加NaCl和BaCl2，且总量应小于20%。
氟盐对熔融镁有聚合能力，在精炼熔剂中含有一定量的氟盐，对熔剂体系的精炼效果是很重要的。
从工艺角度来说，应选择MgF2，但自然矿产中MgF2几乎不存在，工业产品MgF2价格太高，所以，我们只能退而求其次，选择CaF2萤石粉。
五．气化煤
炼镁的煅烧、还原、精炼，都是高温耗能过程，可适用的燃料有煤炭、重油、煤气和天然气等。
我公司采用的是用煤气发生炉制造煤气，块煤（气化煤）是其主要原料。
1．煤炭：
煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。
一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成。
俗称煤炭。
2．国家分类：
我国于1986年按照煤的煤化度和粘结性的不同划分为3大类（无烟煤、烟煤和褐煤）14小类，其中烟煤包括贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、1/3焦煤、肥煤、气肥煤、气煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤12小类。
表2-11
煤炭分类总表
类别
符号
分类指标
Vdaf%
PM%
无烟煤
WY
<
=10.0
-
烟煤
YM
>
10.0
褐煤
HM
37.O
=50
无烟煤：
无烟煤是煤化程度最大的煤。
固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。
一般含碳量在85%以上，比重为1.35～1.8（g/cm3）。
热值约8000-8500千卡/公斤。
各种无烟块煤都是优质的气化原料。
烟煤是煤化程度较大的煤，外观呈灰黑色至黑色，燃烧时火焰较长而有烟的煤,该种煤含碳量为65％～85％，，密度约1.2-1.5。
挥发物约10%-40%。
相对密度1.25～1.35（g/cm3），热值约6500-8900千卡/公斤。
烟煤中的贫煤、贫瘦煤、不粘煤和长焰煤可做为气化原料。
褐煤是煤化程度最低的煤种。
多呈褐色至褐黑色。
含水量高，在空气中易于风化；
碳含量低，挥发分一般在45％～55％，比重1.05～1.2（g/cm3）。
估计全世界褐煤约占煤炭总储量的50％，但由于其热值低、煤质低劣，没有被大量开采。
褐煤主要用作燃料和气化原料，内蒙古、辽宁等省区是褐煤的主要产地。
标准煤：
是能量或发热量的计量单位，不是指具体的商品煤，自然界不存在标准煤。
1公斤标准煤=7000Kcal，凡发热量（或能耗）达到7000Kcal的任何物质（煤、油、电、水、秸秆等），我们都可以说折合1公斤标准煤。
我国煤炭分类标准表
缩写
G
Ymm
b%
Qgr,maf
=10
贫煤
PM
10.0-20.0
=5
贫瘦煤
PS
5-20
瘦煤
SM
20-65
焦煤
JM
升级会员 