粉料粒度对皮江法炼镁的影响情况.docx

1、粉料粒度对皮江法炼镁的影响情况bjbj99北方民族大学学学生论文 论文题目: 粉料粒度对皮江法炼镁的影响 院(部)名 称: 材料科学与工程学院 学 生 姓 名: 袁兴余 专 业: 高分子专业 学 号: 20083194 指导教师姓名: 韩凤兰(教授) 论文开始时间: 2011年11月20日 论文结束时间: 2012年5月5日 北方民族大学教务处制厹攑泏攧奦孙斡刄夶刌X搠摘 要本文通过皮江法炼镁实验中原材料粒度、压制压力、块团大小的研究，优化制样工艺。通过粗镁产量、结晶情况、ICP-AES法测量粗镁纯度、还原渣过筛（40目）的方法计算粉化程度等对皮江法炼镁进行分析。实验中分别改变煅白粒度、硅铁粒

2、度、压制压力、块团大小进行实验。本实验条件下分析得出：压制强度较大（即1814.81 N/cm2）时，硅铁的粒度较大（78.64m），粗镁产率越大皆为17.14%，结晶性能好，粉化程度低，对环境越有利。随压制强度1330.86N/cm2到2177.78 N/cm2，粗镁结晶先变好后变坏，还原渣粉化程度先由62%降低到34%最后又提高到52%。块团大小理论上来说对粗镁产都为15.71%，对结晶也没有影响，但是大块团还原渣粉化相对要少23%和26%。本文最后得出最佳实验方案:压制强度1814.81 N/cm2，块团大小20.017.020.0mm-20.024.024.0mm，煅白粒度10.57-

3、12.81m，硅铁粒度72.91-78.46m。关键词：皮江法炼镁，粒度，压制强度，粗镁结晶，还原渣粉化 TOC o 1-3 h z u TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc25260 HYPERLINK l _Toc25260 ,笀仠稠M删第一章 前 言 PAGEREF _Toc25260 PAGEREF _Toc25260 HYPERLINK l _Toc145 HYPERLINK l _Toc145 1.1A閌呁锈哑鄧惽耎五帨甉1.1镁和镁合金性能与应用 PAGEREF _Toc145 PAGEREF _Toc145 HYPERLINK l _Toc29537

4、 HYPERLINK l _Toc29537 1.2皮江法炼镁发展概况 PAGEREF _Toc29537 PAGEREF _Toc29537 HYPERLINK l _Toc8295 HYPERLINK l _Toc8295 1.3A闘辟匣溄瘄夆璂榵儉1.3镁还原渣的处理概况 PAGEREF _Toc8295 PAGEREF _Toc8295 HYPERLINK l _Toc2082 HYPERLINK l _Toc2082 1.4皮江法炼镁的工艺基础 PAGEREF _Toc2082 PAGEREF _Toc2082 HYPERLINK l _Toc18168 HYPERLINK l _T

5、oc18168 1.4.1E煽的瘸呿溄癱忍吉1.4.1煅白的吸湿的影响 PAGEREF _Toc18168 PAGEREF _Toc18168 HYPERLINK l _Toc8469 HYPERLINK l _Toc8469 1.4.2E磁鐨跏醄癱忍吉1.4.2硅铁质量的影响 PAGEREF _Toc8469 PAGEREF _Toc8469 HYPERLINK l _Toc9431 HYPERLINK l _Toc9431 1.4.3$蓳眨跏醄癱忍吉1.4.3萤石质量的影响 PAGEREF _Toc9431 PAGEREF _Toc9431 HYPERLINK l _Toc8563 HYP

6、ERLINK l _Toc8563 1.4.4M醙旔殄癱忍吉1.4.4配料比的影响 PAGEREF _Toc8563 PAGEREF _Toc8563 HYPERLINK l _Toc6502 HYPERLINK l _Toc6502 1.4.5i犙斒粦庄癱忍吉1.4.5物料粒度的影响 PAGEREF _Toc6502 PAGEREF _Toc6502 HYPERLINK l _Toc6118 HYPERLINK l _Toc6118 1.4.6W埢嘨跏醄癱忍吉1.4.6块团质量的影响 PAGEREF _Toc6118 PAGEREF _Toc6118 HYPERLINK l _Toc6734

7、 HYPERLINK l _Toc6734 1.5,枇攔硶窄皅冹嬉1.5本文研究的内容 PAGEREF _Toc6734 PAGEREF _Toc6734 HYPERLINK l _Toc18057 HYPERLINK l _Toc18057 1.6,枇攔硶窄目的瘏慉三1.6本文研究的目的意义 PAGEREF _Toc18057 PAGEREF _Toc18057 HYPERLINK l _Toc24559 HYPERLINK l _Toc24559 第二章 实 验 PAGEREF _Toc24559 PAGEREF _Toc24559 HYPERLINK l _Toc20525 HYPERL

8、INK l _Toc20525 2.1实验原材料与仪器 PAGEREF _Toc20525 PAGEREF _Toc20525 HYPERLINK l _Toc17944 HYPERLINK l _Toc17944 2.1.1原料 PAGEREF _Toc17944 PAGEREF _Toc17944 HYPERLINK l _Toc23702 HYPERLINK l _Toc23702 2.1.2乨嘉2.1.2仪器 PAGEREF _Toc23702 PAGEREF _Toc23702 HYPERLINK l _Toc3020 HYPERLINK l _Toc3020 2.2M醹攉 PAGE

9、REF _Toc3020 PAGEREF _Toc3020 HYPERLINK l _Toc21450 HYPERLINK l _Toc21450 2.3实验工艺流程 PAGEREF _Toc21450 PAGEREF _Toc21450 HYPERLINK l _Toc12767 HYPERLINK l _Toc12767 2.3.16劉簉2.3.1制粉 PAGEREF _Toc12767 PAGEREF _Toc12767 HYPERLINK l _Toc4263 HYPERLINK l _Toc4263 2.3.2洈吉2.3.2混合 PAGEREF _Toc4263 PAGEREF _T

10、oc4263 HYPERLINK l _Toc30628 HYPERLINK l _Toc30628 2.3.3压样 PAGEREF _Toc30628 PAGEREF _Toc30628 HYPERLINK l _Toc11613 HYPERLINK l _Toc11613 2.3.4还原 PAGEREF _Toc11613 PAGEREF _Toc11613 HYPERLINK l _Toc11796 HYPERLINK l _Toc11796 2.3.5粗镁以及还原渣处理 PAGEREF _Toc11796 PAGEREF _Toc11796 HYPERLINK l _Toc24700

11、HYPERLINK l _Toc24700 2.3 炉料粒度的实验 PAGEREF _Toc24700 PAGEREF _Toc24700 HYPERLINK l _Toc7435 HYPERLINK l _Toc7435 2.4压制压力的实验 PAGEREF _Toc7435 PAGEREF _Toc7435 HYPERLINK l _Toc22457 HYPERLINK l _Toc22457 2.5 W埢嘧夏岄皞完騉2.5 块团大小的实验 PAGEREF _Toc22457 PAGEREF _Toc22457 HYPERLINK l _Toc21393 HYPERLINK l _Toc2

12、1393 第三章 实验结果与讨论 PAGEREF _Toc21393 PAGEREF _Toc21393 HYPERLINK l _Toc9623 HYPERLINK l _Toc9623 3.1E煽皒粦庞完骄瘆劐有3.1煅白粒度实验的分析 PAGEREF _Toc9623 PAGEREF _Toc9623 HYPERLINK l _Toc17225 HYPERLINK l _Toc17225 3.2E磁钒粦庞完骄瘆劐有3.2硅铁粒度实验的分析 PAGEREF _Toc17225 PAGEREF _Toc17225 HYPERLINK l _Toc16789 HYPERLINK l _Toc1

13、6789 3.3压制压力实验的分析 PAGEREF _Toc16789 PAGEREF _Toc16789 HYPERLINK l _Toc18556 HYPERLINK l _Toc18556 3.4W埢嘧夏岞完骄瘆劐有3.4块团大小实验的分析 PAGEREF _Toc18556 PAGEREF _Toc18556 HYPERLINK l _Toc22163 HYPERLINK l _Toc22163 3.5实验不足与改进 PAGEREF _Toc22163 PAGEREF _Toc22163 HYPERLINK l _Toc2908 HYPERLINK l _Toc2908 第四章 结 论

14、 PAGEREF _Toc2908 PAGEREF _Toc2908 HYPERLINK l _Toc14725 HYPERLINK l _Toc14725 PAGEREF _Toc14725 PAGEREF _Toc14725 HYPERLINK l _Toc19566 HYPERLINK l _Toc19566 PAGEREF _Toc19566 PAGEREF _Toc19566 前 言1.1镁和镁合金性能与应用镁是21世纪最具前景的轻金属，是化学性质最活泼的元素之一，银白色，原子序数12，原子量24.31，熔点为648.8-651，在1个大气压下沸点是1107；它的密度仅为密度1.74

15、 g/cm3，是铁的1/4 ，甚至比目前应用最广泛的轻金属铝轻1/3。镁物理性能的主要优点是：镁具有比强度、比刚度高，导热导电性能好，并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合金的70%和易于回收等优点。比铝高30倍的减振性能；比塑料高200倍的导热性能；其热膨胀性能只有塑料的1/2。还具有较高的机械性能。镁的强度和刚度要明显好于塑料，延伸率和冲击抗力则明显好于压铸铝合金。此外，镁有很好的加工性能，也就是有很好的铸造性能。和其它金属材料比，它的制造成本很低，值得重视的是，尽管每公斤镁锭的价格要比铝和铁贵一些，但镁密度小，单位体积的成品价格几乎是一样的。镁的

16、物理化学特性使其比铝更适合压铸大型部件。镁单位体积的熔化潜热只有铝的2/3，比热只有铝的3/4，并且有非常低的溶铁性。这些特性使镁每公斤压铸件达到和铝几乎相同的生产成本。镁合金的比强度高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强塑料；比刚度与铝合金和钢相当，远高于纤维增强塑料；耐磨性能比低碳钢好得多,已超过压铸铝合金A380；减振性能、磁屏蔽性能远优于铝合金。综上特点镁和镁合金，广泛应用于航空航天工业、军工领域、交通领域（包括汽车工业、飞机工业、摩托车工业、自行车工业等）等，从而促进炼镁工业的较快发展。1.2皮江法炼镁发展概况炼镁工艺是用电解法还是用热还原法（硅热还原法、碳热还原法以及碳化物还原

17、法）,是根据使用的资源种类决定的。我国拥有电解法和热还法炼镁的所有种类的资源,并且储量巨大，皮江法使用的白云石储量高达70亿吨以上。我国在20纪70年代进行工业化试验，到80年代末才开始工业化生产。由于皮江法符合社会工业化初期经济发展的特点，皮江法炼镁粗镁纯度高、工艺简单等，规模可大可小、投资低、工艺简单，劳动力密集，以及当时对环保和能耗控制不严等因数，皮江法镁厂在有煤和白云石资源的地区迅猛发展，遍地开花，先后有数百家之多，皮江法炼镁成为炼镁工业中第二。在此环境下，众多的企业、科研机构、大专院校参与到皮江法工艺及设备的改良创新，从而大大推动了皮江法炼镁的技术进步，在降低能源和原料消耗以及减少排

18、放方面取得了很大的成绩，提高了皮江法的竞争力，使我国跃升为世界上最大的原镁生产国，到2008年国内由单一的皮江法工艺生产的镁产能达一百多万吨，产量占全球80%以上。但与国外厂家比较，技术经济指标和装备水平均存在较大差距。其原因在很大程度上就是对原料制备过程重视不够，对各种原料质量要求控制不严，对煅白的物理性能掌握不够（首先在白云石的选择上就不甚严格，更谈不上白云石的物理结构对生产过程的影响）。炉料配比不经过严格计算，导致还原效率低，是很不经济的。1.3镁还原渣的处理概况皮江法每生产1.1kg镁，将有6kg左右的还原废渣排出，国外已将还原渣添加到水泥熟料、墙体材料、胶凝材料等中，而在我国，由于还

19、原渣中镁的剩余量较多，不能添加到水泥熟料中，其他的用途尚待开发还原废渣的利用在我国还几乎是一个空白点。很多镁厂将镁渣当成废物排放掉，我国每年炼镁还原渣渣排放高达数百万吨，占用了很多土地资源，对农作物以及环境造成极大影响；镁渣随雨水进入江河湖波影响水资源；粉化程度70%-90%（40目筛下计算）间（镁治公司），镁渣的粉化细小部分还可以进入大气中形成大气污染，从而危害人类健康。1.4皮江法炼镁的工艺基础皮江法炼镁过程可分为白云石煅烧、原料制备、还原和精炼四个阶段（如：图1），而原料制备则是该法炼镁的关键环节之一，原料质量的好坏，直接影响到还原效率的高低及镁锭质量的好坏。原料制备过程是将煅烧白云石、

20、硅铁细磨成粉后，按照一定的配料比将煅白粉、硅铁粉和萤石粉混合均匀，经压团机压制成球，称量，装袋缝口后运至还原工序，即完成整个原料制备过程。因此，加强对煅白、硅铁、萤石质量的控制及粉磨后的粒度控制、配料比的准确性控制、团质量的控制，是为还原提供优质块团的先条件。皮江法炼镁的还原过程,是固相反应过程。对于固相反应，炉料应有一定的细度、配料比，炉料还须要压形来增加物料之间的相互接触，以缩短硅原子还原MgO时的自由行程。所以炉料越细，一定范围内压形压力越大，物料相互接触越紧密，越有利于还原过程；压形压力过大后，还原时镁蒸气逸出空难，不利于生产。皮江法炼镁过程为将白云石煅烧后与还原剂硅铁和矿化剂萤石粉按

21、计算比例配料磨制成粉料，经压球机压制成团块后装入还原炉的还原罐中，在高温和高真空条件下，反应生成镁蒸汽并冷凝在还原罐端头的结晶器中形成结晶镁，再将结晶镁取出重熔精炼铸锭得金属镁锭（如图1-1）。 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 图1-1 一般工业皮江法流程图皮江法炼镁的优缺点：工艺简单、产量以及纯度高、能源消耗大、还原罐使用寿命短。皮江法炼镁的影响因素：配料比、物料粒度、压制压力、块团大小以及形状、物料中水含量等。合理的的工艺条件能有效减少物料在加工过程中的吸水量，适合的粒度、压力、块团能提高镁的产量以及忖纯度，降低还原渣的粉化程度，减少环境污染

22、与破坏以及降低资源与能源的利用。1.4.1煅白的吸湿的影响白云石煅烧后所获得的煅白,是灼减量小、水化合性度较高的煅白。这种煅白易吸收空气中的H2O和CO2，其反应如下:CaO+H2O=Ca(OH)2Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2OMgO+H2O=Mg(OH)2Mg(OH)2+CO2=MgCO3+H2O煅白的吸湿速度是很快的，吸湿后生成的Ca(OH)2和Mg(OH)2又以相当快的速度与CO2反应复原为CaCO3和MgCO3。料温越高，煅白越易吸湿。因此工业上应将出冷却机的煅白温度控制在150以内。另外，煅白在粉磨、运输、配料和压球过程中，很多厂是采用负压收尘的办法减少粉尘污染，但又给煅

23、白吸湿创造了条件。因此，整个过程要严格密封，负压收尘应控制在510Pa以内。而在实验中还原罐小，如入料量少，加热时间长，Mg(OH)2和MgCO3加热后够会分解得MgO参加还原反应。因而少量的吸水理论上来说不会影响粗镁产量，但是Mg(OH)2和MgCO3的分解反应吸热，增大了能源的消耗；并且吸水会对还原渣有影响。水分分解出来会导致粉化程度增大，并与镁蒸气反应，影响了粗镁的纯度。1.4.2硅铁质量的影响硅铁是以焦炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的铁硅合金，参与还原反应生成SiO2时能释放热量，减少能源消耗。作为皮江法炼镁用的还原剂硅铁，其含硅量越高越好。这不仅因为其反应性好，而且硅

24、的利用率也高。在工业生产中，通常要求硅含量在75%78%。这是因为含硅量低于75%，其中反应性好的游离硅太低，还原反应效果差；而含硅量高于80%的硅铁，在细磨加工时产热和空气接触导致容易氧化，表面生成一层SiO2薄膜，阻碍了硅原子向氧化物表面扩散的速度，并且硅铁硅含量越高其价格越高，经济性不如含Si75%左右的硅铁。1.4.3萤石质量的影响萤石作为矿化剂，目的是增强反应能力，加速固相还原反应的进行。萤石能降低炉料的烧结温度，减少燃料消耗，通常要求其CaF295%，另外要求杂质少量。1.4.4配料比的影响皮江法炼镁的炉料由煅白、硅铁和萤石三种原料组成。在工业生产中，这三种原料的化学成分经常发生变

25、化。炉料的配料比与煅白中的MgO含量、硅铁中的含硅量有关。须按下述反应来配料:2(MgOCaO)+Si=2Mg+2CaOSiO212CaO+7Al2O3=12CaO7Al2O3配硅比Si/2MgO=1。但在生产实践中，通常是根据既使镁的产出率高，又使硅的利用率大来确定其最佳的配硅比。实际配硅比总是超过理论量(Si/2MgO=1)，通常取Si/2MgO=1.11.2。这是因为在同等的还原条件下(还原温度、还原时间、制球压力、还原体系中的剩余压力)，镁的还原效率是随着配硅比的增加而增高，而硅的利用率却逐渐降低。最佳配硅比更需要从经济角度来考虑，即根据市场上硅铁与镁的比价来确定。炉料的配料比是根据上

26、述反应式用硅铁和萤石的化学成分与煅白的化学成分经计算而确定的，不是一个固定的配料比。当物料成分发生变化时，配料比要相应进行调整。1.4.5物料粒度的影响按皮江法炼镁的还原过程,属于固相反应过程。对固相反应来说，如果粒度过大，物料间接触不好，将影响反应速度；因而要求炉料有较细的粒度，并且有较大的比表面，也就是说炉料越细越好。但是，炉料太细，压形时压缩比小而难于成形，使压团复杂化；并且在实验时发现煅白的细小成分互相吸引成小块团，这是不利物料的均匀混合的，用过细粉料制得的块团很容易受热刺激而产生崩裂，硅利用率下降的可能性增大，造成还原后镁渣易于粉化程度提高对环境不利。故炉料的细度又必须控制在一定的范

27、围内。炉料的细度对镁的还原效率、硅的利用率有较大的影响。炉料的粒度比不恰当，不仅影响还原效率，还影响团块的抗压强度。所以炉料粒度及粒度比控制是极为重要的。为此，对煅白粉、硅铁粉和萤石粉的粒度应有较严格的要求（70年代以来，我国国内很多厂家均未作较详细的粒度分析，很不科学）。1.4.6块团质量的影响块团是由煅白粉、硅铁粉和萤石粉压制而成，存放在空气中会与煅白一样吸收空气中的H2O和CO2，除使团块中CaO和MgO转变为Ca(OH)2和Mg(OH)2外，块团因体积和重量的增大产生膨胀，破碎成小块或粉末。因此，应减少块团外露存放时间。一般情况下，块团外露存放时间不应超过10min。采用防潮纸袋包装后

28、，存放时间不应超过23h。在制块团时，在敲击时，部分物料粉化不能一次使用，必须二次压制。粉料在返回重新制球的过程中，增加了粉料与空气接触的时间和次数。降低了块团料的水化活性度，降低镁的产出率。煅白和块团料吸收的水分和CO2，将在还原过程重新分离，这无疑将使一部分还原剂氧化，并延长还原周期。并且二次或多次重复压制时，物料的粒度已发生变化，影响了块团的质量，必然使还原渣粉化程度增大。合理的外形，在工业生产是可以提高还原罐的装料量，提高单罐产能。块团应有较大的的强度，没有菱角，不易碰撞，可减少运输或还原过程中物料的粉化，从而使还原渣粉化程度降低。实验中块团较大，还原时可能造成镁蒸气逸出阻碍大，减小粗

29、镁产量。块团过小，敲团难度增大，重复压制物料变多，影响实验。所以实验时应选择合适的大小，并与工业上使用的椭圆23.025.0mm差别不大。1.5本文研究的内容根据宁夏惠冶镁业有限公司提供的生产配方，通过在皮江法炼镁制样工艺中，进行不同的原材料粒度、实验压力、块团大小实验，研究这些条件下对皮江法炼出镁的产量、纯度、结晶情况、还原渣粉化以及还原渣的镁含量等；从实验结果推测最佳粉料粒度、压制压力、块团大小制样条件下，粗镁中结晶最好、产量高、纯度好，而且还原渣对环境有利。1.6本文研究的目的意义目前,我国镁产产量达已占世界总产量的80%以上。国内镁行业存在严重的结构性矛盾,生产企业数量多,小而分散,技

30、术落后,其中出口中80%以上作为初级原材料出口，并且环境污染严重。在节能、降耗、降低成本外，开发镁的高级材料出口，减少环境污染是炼镁工业的必然出路。我国科技部已结合西部大开发,把镁资源综合利用和镁材料开发作为十五!期间高新技术及产业化发展的重要领域.政府对镁工业的可持续性发展提出了较高的要求,企业不达标者将退出市场。在此环境下，除我国皮江法炼镁的研究大多关于通过技术进步和强化管理,在节能、降耗、还原罐使用寿命、降低成本方面的研究外，同时提高镁纯度，加强还原废渣的综合利用工作或废渣处理避免过大污染环境，也是镁冶炼行业的当务之急。本文从制样工艺出发，对原有理论(粒料越细，压形压力越大越又有利于反应等)进行补充，并从还原渣进行考虑，找出最有利的制样工艺，提高粗镁产量以及纯度，同时减小环境污染。实 验2.1实验原材料与仪器2.1.1原料表2-1原材料表序号材料名出产地1煅白宁夏惠冶镁业有限公司2硅铁宁夏惠冶镁业有限公司3萤石宁夏惠冶镁业有限公司2.1.2仪器表2-2仪器设备序号仪器名称型号产地用途