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镁冶炼资料

镁冶炼相关资料调研

2017年9月14日

提纲

1、综述

我国镁工业起步虽然较晚，但发展非常快。

20世纪90年代开始，我国镁工业进入快速发展期。

2000年至今，我国原镁产量一直居世界第一。

2016年全球原镁产量（不含美国）达101万吨，同比增长万吨。

中国原镁产量占世界总量%，在该市场具有主导地位。

2011-2016年原镁产量

中国是世界镁资源大国,可利用的镁资源占世界储量的70%,是世界上原镁生产和出口量最大的国家。

我国镁资源矿石类型全，分布广，总储量占世界的%，居世界第一。

我国原镁最多时年产量80%出口到国际市场。

近年来随着我国镁产业链的逐步完善和发展，镁合金及下游产品产能提升，在产量微增的情况下，出口量逐渐呈下降趋势。

山西省在2011年以前是全国最大的原镁生产省份。

2012年以来，山西的原镁产能呈萎缩趋势。

从2010年32万吨/年已逐渐减少至目前的10万吨/年左右。

主要原因在于2014-2015年度镁价长期沉寂于工厂成本线以下，加上近几年国家及当地政府环保力度加强，而传统老的金属镁生产工艺的环保瓶颈仍难解决。

从长远看金属镁作为新材料前景广阔，新的节能工艺如能成熟并实现工业化应用，原镁生产行业有望突破式发展，河津地区具有新建镁冶炼厂的资源优势和区域优势，考虑运城地区曾经集中的镁产业，如新建镁冶炼工厂，必须依靠科技创新和高新技术提高镁生产的机械化、连续化、自动化水平，从而达到改进产品质量、节能降耗、降低成本、改善环保条件。

2、镁及其资源状况简介

、镁金属简介

 镁是迄今最轻的金属结构材料，其重量约是铝的2/3，且还具有许多优良特性。

诸如电磁屏蔽、防辐射、高阻尼性、抗震减震、高温抗蠕变等，可广泛应用交通运输、航空航天、军工民用、通讯器材等多个领域。

专家预测，金属镁在本世纪将会出现跨越式发展，成为继钢铁、铝之后的第三大金属材料。

镁主要用于生产难熔金属的还原剂，合金的添加元素，球墨铸铁的球化剂，钢脱硫，高贮能材料，照明器，制造烟火等。

纯镁的力学性能很低，不能直接用作结构材料，镁的最大用途之一是作为铝合金的合金元素，它可以改善材料的强度和抗腐蚀性能。

MgO是典型的碱性氧化物氧化镁，暴露在空气中，容易吸收水分和二氧化碳而逐渐成为碱式碳酸镁。

国内年产量在1200万吨左右。

可分为轻质氧化镁、重质氧化镁。

轻质氧化镁主要用作制备陶瓷、搪瓷、耐火坩锅和耐火砖的原料。

也用作磨光剂粘合剂，涂料和纸张的填料，氯丁橡胶和氟橡胶的促进剂和活化剂。

与氯化镁等溶液混合后，可制成氧化镁水调。

医药上用作抗酸剂和轻泻剂，用于胃酸过多胃和二指肠溃疡病．化学工业中用作催化剂和制造镁盐的原料。

也用于放璃、染粕、酚醛塑料等的制造。

重质氧化镁工业中用于烧制粉磨和半滚筒。

建筑工业用于制造人造化学地板人造大理石防热板隔音板塑料工业用作填充料。

还可用于生产其他镁盐。

随着产业化升级及高新技术功能材料市场的需求和发展，研发生产出一系列高新精细氧化镁产品，主要用于高级润滑油、高级鞣革提碱级、食品级、医药、硅钢级、高级电磁级、高纯氧化镁等近十个品种组成。

、镁资源利用所得到的产品简介

目前，镁资源利用所得到的产品主要可以分为：

金属镁及镁合金；氢氧化镁及镁砂（各种规格氧化镁）；镁盐（氯化镁、硫酸镁、其他有机和无机镁盐）及镁系功能材料等。

菱镁矿为原料主要生产轻质氧化镁、重质氧化镁、高纯镁沙及硫镁肥等。

根据用途不同，以重质氧化镁为原料还可以生产部分磁性氧化镁、高温电工级氧化镁。

白云石主要用于碳化法生产轻质碳酸镁、碳化法生产轻质氧化镁及皮江法炼镁。

湖盐镁资源利用上主要是滩晒法生产氯化镁、以光石为原料生产金属镁。

海盐制盐母液-苦卤是富含氯化钠、氯化钾、溴、氯化镁、硫酸镁等资源，苦卤中的镁资源主要生产氯化镁和硫酸镁。

、镁矿资源简介

镁资源类型丰富，分布广泛。

除了储量丰富的固态含镁矿物，含镁蒸发型矿物（海水，卤水，盐湖）资源可谓是取之不尽。

中国是世界上镁资源最为丰富的国家之一，镁资源矿石类型全，分布广：

中国菱镁矿资源是继俄罗斯之后最为丰富的国家，特点是地区分布不广、储量相对集中，大型矿床多。

世界菱镁矿储量的21%集中在中国，产量的67%由中国提供。

菱镁矿探明储量以辽宁菱镁矿储量最为丰富，占全国的%；中国白云石矿资源也很丰富，现已探明储量40亿吨以上，白云石资源遍及我国各省区，特别是山西、宁夏、河南、吉林、青海、贵州等省区；盐湖水中的氯化镁浓度比海水高，盐湖水也是生产镁重要资源。

原镁生产用的原材料

原材料

化学分子式

Mg含量（wt%）

白云石

MgCO3·CaCO3

镁砂

MgCO3

光卤石

MgCl2·KCl·6H2O

水氯镁石

MgCl2·6H2O

蛇纹石尾矿

3MgO·2SiO2·2H2O

死海海水

Mg+2

海水

MgCl2

白云岩的作为提炼金属镁的主要原料。

其一般工业要求MgO>20%，SiO2<3%，K2O+Na2O<%,[CaO]/[MgO]≈1。

山西省白云岩资源遍布全省，适合冶镁的白云岩资源十分丰富，截止2015年底全省保有资源储量亿吨，目前开发利用的仅是很小一部分。

山西运城盐湖,组成近似为Na+,Mg2+∥Cl-,SO42-—H2O四元体系,20世纪70年代以前生产氯化钠为主,之后便开始大规模生产芒硝。

芒硝平均年开采量约200万t,不平衡开采导致氯化镁在湖区逐年富集,氯化镁的富集使产硝期后移并影响芒硝及下游产品质量,其开发利用也势在必行。

运城市镁盐资源除盐湖中综合利用镁外，尚存着大量含镁白云岩。

主要矿点有：

中土地白云岩矿床，位于稷山县城北约18公里处，氧化镁含量，氧化钙含量，三氧化二物含量，酸不溶物，储量7400万吨;杨家池白云岩矿床，位于垣曲县新城镇杨家池，属变质矿床，矿点出露地层为中条群篦子沟组和余家山组，矿石以白色、灰色、红色白云石大理岩为主，次为方柱石白云石大理岩;西硙口白云岩矿床，位于河津市西硙口村，矿体长400米，宽100米，厚60-90米，氧化镁含量%，二氧化硅为%，储量954万吨，可露天开采。

3、镁冶炼生产工艺简介

目前镁冶炼的方法主要有两种:

电解法：

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。

热还原法：

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，得到粗镁通过进一步精炼得到镁。

、热还原法生产镁

热还原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）镁的等级质量略高于电解镁等。

根据还原剂不同可分为硅热法、碳化法、铝热法、碳化物法。

热法炼镁的基本原理：

MgO（s）+X=Mg（g）+XO

硅热法（皮江法）

硅热法炼镁是国内采用的唯一的镁冶炼工艺技术，其基本原理：

2十Si=2Mg十

该工艺主要包括：

白云石煅烧成煅白；混料（煅白+硅铁）；压球；真空热还原、精炼等工序：

白云石在回转窑或竖窑中煅烧成煅白；煅白经破碎后与还原剂硅铁（含硅75%），矿化剂萤石在球磨机压制成球团；球团置于耐热钢还原罐中，在高温（1200℃）和真空（～）下还原制取粗镁；粗镁经过溶剂精炼、铸锭、表面处理得到成品镁锭真空还原反应过程是：

CaO+2MgO+Si=2Mg+2CaO+SiO2

皮江法生产方式是间歇式的，每个生产周期大约为10h，可分为三个步骤：

一是预热期，装料后，预热炉料，排除炉料中的二氧化碳与水分；二是低真空加热期，盖上蒸馏罐的盖子，在低真空条件下加热；三是高真空加热期，罐内真空度保持Pa，温度达1200℃左右，时间保持9h左右。

在外部水箱冷却的作用下，钢套的温度达250℃左右，使得镁蒸气冷凝在钢套上。

最终，切断真空将盖子打开，取出冷凝有金属镁的钢套。

蒸馏后的废物为二钙硅酸盐渣和铁。

皮江法的工艺流程和设备简单，建厂投资少，生产规模灵活；成品镁的纯度高；其炉体小，建造容易，技术难度小；可直接利用资源丰富的白云石作为炼镁原料。

皮江法的主要缺点在于热利用率低、还原罐寿命短，还原炉所占的成本比例较大，生产过程不连续，生产环境较差，环境污染严重等。

碳热法

炭热法炼镁的基本原理：

MgO+C=Mg+CO

主要由下面几个工序组成：

（1）用培烧菱镁矿或其他方法制取MgO，工业纯MgO可在1200～1500℃温度下煅烧高质量的天然菱镁矿和MgO的水化物来制取，MgO必须不低于94%～96%；

（2）用MgO和碳素还原剂制备混合料，反应物在600～800kg·cm-2的压力下制团；

（3）在惰性气体中还原MgO，在常压下于1850℃高温下进行还原反应；

（4）用冷的惰性气体迅速冷却和稀释反应的气态产品，反应产物镁和CO同为气态。

为了避免逆反应的发生，将反应产物通入大量惰性气体使之骤然冷却（降温至200-250℃以下）；

（5）镁粉制团；

（6）使镁从团块中升华，所得镁结晶体再熔炼。

炭热法曾得到工业应用，由于反应温度高，特别是产物分离较难，使该工艺未能得到继续应用和发展。

铝热法

铝热法炼镁是新兴的一种炼镁技术。

该法采用菱镁矿、白云石为原料，金属铝为还原剂制取镁金属。

基本反应为：

2MgO+4/3Al=2Mg+2/3Al2O3

反应物含有CaO，CaO和Al2O3结合成12CaO·7Al2O3，反应式方程式如下：

12CaO·MgO+14Al=21Mg+12CaO·7Al2O3

实验研究发现生产金属镁用硅铝合金作还原剂比用硅铁合金作还原剂有较好的优势：

（1）反应温度降低；

（2）反应速度快。

由于铝硅合金比硅铁合金活泼，并且铝硅合金与MgO之间发生的是固-液反应，所以反应速度快，可以缩短反应时间，提高生产效率；（3）用铝硅合金作为还原剂炼镁，可以降低镁的生产成本中消耗还原罐的成本费。

、电解法生产镁

电解法的原理是在熔融状态下电解无水氯化镁，使之生成金属镁和氯气。

按照采用原料及处理原料方法的不同，具体分为：

道乌法（DowProcess）、氧化镁氯化法（IGFarbenindustrieProcess）、诺斯克法（NorskHydroProcess）和光卤石法（RussianProcess）等。

尽管电解法在工艺先进，能耗较低等方面存在优点，但其生产过程中仍存在许多不容忽视的缺点，诸如：

无水氯化镁的制备工艺较难控制；水氯镁石脱水由于需要较高温度和酸性气氛，使得能耗大，设备严重腐蚀；生产过程排放的废水、废气和废渣污染环境，处理费用大等。

加之我国的国情特点，因而电解法炼镁工艺在我国较少采用。

4、镁行业发展简介

我国镁冶炼现状

我国镁工业起步虽然较晚，但发展非常快。

20世纪90年代开始，我国镁工业进入快速发展期。

我国是镁资源大国，储量居世界首位；我国是原镁生产大国，2016年全球原镁产量（不含美国）达101万吨，中国原镁产量占世界总量%,达到历史最高值；我国还是镁出口大国。

镁行业发展历史悠久且潜力巨大，被誉为21 世纪最具发展潜力的产业。

  新的镁冶炼技术的发展，为镁产业节能降低成本，提高产业竞争力提供了技术支撑。

据专家反映，五台云海镁业采用改良后的“皮江法”生产原镁，原镁的单位成本降低3000元左右。

如果该技术能得到进一步推广应用，将开启我国镁冶炼的新方向。

镁合金研究成果日益增多，对解决镁产品易氧化、易腐蚀等先天缺陷提供技术支撑。

据统计，2009 年以来，新研发的镁合金品种多达30 多种，尤以山西银光华盛镁业股份公司、上海交通大学、中科院长春应用化学研究所成果最为显著。

据作者调研发现，中科院长春应用化学研究所研发的系列稀土镁中间合金具有耐热、耐蚀、抗高温蠕变、高强等性能，已为国内外80 多家知名企业、大学和科研院所提供达19 个品种，属于我国镁合金应用的突破性成果。

未来汽车用镁需求强劲

深加工技术的发展以及轨道交通时代的到来，为镁产业提供了更为广阔的发展空间。

近两年，用低压铸造制成镁合金轮毂、舱体等军、民用大型铸件；采用大挤压比开坯/ 等温轧制，以及用等温锻造制作汽车用镁合金轮毂等方面均有新的突破。

我国原镁生产能力有望突破式提升。

目前多数镁冶炼企业仍采用硅热法的横罐工艺，而与之相比能节省30%能耗的竖罐工艺已日渐成熟，并已可实现工业化。

待竖罐冶炼技术彻底成熟并在业内普及，将为原镁生产能力及规模的提升创造可能。

我国原镁生产主要来自陕西、宁夏、山西、河南等9个省份。

2016年月各省原镁累计产量（单位：

万吨）

山西省镁冶金发展简介

2011年以前，山西省曾是全国最大的镁及镁合金产业基地，共有镁及镁合金企业百余家，现建立了太原、大同、运城等镁产业基地，涌现出一批有较强竞争力的优势企业，如闻喜银光镁业、太原同翔等。

还形成了一批发展金属镁行业必须的配套企业，如硅铁厂、还原罐厂等。

2012年以来，山西的原镁产能呈萎缩趋势。

从2010年32万吨/年已逐渐减少至目前的10万吨/年左右。

主要原因在于2014-2015年度镁价长期沉寂于工厂成本线以下，加上近几年国家及当地政府环保力度加强，而传统老的金属镁生产工艺的环保瓶颈仍难解决。

运城金属镁产业从上世纪80年代在全国率先起步，经过20多年的快速发展，已经成为全市重要的特色产业，是全国最大的金属镁及镁合金生产基地，在世界上也占据重要地位。

目前，运城市共有镁生产企业30家，原镁产能57万吨，镁合金产能20万吨，深加工能力6万吨。

主要分布在闻喜、稷山、万荣、夏县、盐湖区、绛县等，其中闻喜县镁企业相对集中，占到了全市镁企业的近一半。

银光镁业集团多年来坚持不懈在镁深加工上做文章，以国家级企业技术中心为平台，积极扩大产学研合作，先后建成镁合金、压铸、板材、挤压型材、连续铸锭、镁合金汽车轮毂等多条生产线，开发出了航空航天、兵器镁合金零部件、纺织机械型材、高速列车型材、汽车轮毂、摩托车轮毂、电动工具等一系列新产品，并投入批量生产，银光集团军已经成为全国规模最大、品种规格最全的全产业链的镁及镁合金产品生产企业，也成为运城乃至全国引领镁产业发展的龙头企业。

5、镁铝合金简介

　镁铝合金分子式：

Mg4Al3分子量：

颜色为灰褐色，比重约为cm3，熔点463℃，燃烧时产生的温度达2000℃-3000℃。

在烟花生产过程中起着非常重要的还原剂作用，也可作为白光剂和照明剂。

镁铝合金是用镁锭和铝锭在保护气体中高温熔融而成。

镁铝合金其实说铝合金材料更恰当些。

现在以金属材料为主的机型所谓镁合金材料里面，一般主要元素是铝，再掺入少量的镁或是其它的金属材料来加强其硬度，依据添加金属的不同而称为镁铝合金或钛铝合金。

镁铝合金既有金属的强度。

而且重量又轻也易于散热，抗压性较强，能满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。

　　镁铝合金导热性能和强度尤为突出，其硬度是传统塑料机壳的几倍，但重量仅为塑料机壳的三分之一，通常被用于中高档超薄型或尺寸较小的笔记本的外壳。

而且，镁铝合金外壳可以通过表面处理工艺变成粉蓝色和粉红色，可使产品更豪华、美观，而且容易上颜色，这是工程塑料以及碳纤维所无法做到的。