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低碳低成本低排放新法炼镁技术. 新疆产学研洽谈会 乌鲁木齐 • 2012. 冯乃祥 王耀武 彭建平 东北大学轻金属低碳冶金研究室. TEL ： 024-8368 6463 E-mail ： Fengnaixiang@163.com. 主 要 内 容. 课 题 背 景. 1. 以白云石和菱镁石为原料的真空热还原炼镁副产高白氢氧化铝新法炼镁技术. 2. 以菱镁石为原料真空热还原炼镁 副产镁铝尖晶石新法炼镁技术. 3. 3. 新法炼镁技术经济效益与社会效益分析. 4. 1 课题背景.
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低碳低成本低排放新法炼镁技术 新疆产学研洽谈会 乌鲁木齐 •2012 冯乃祥 王耀武 彭建平 东北大学轻金属低碳冶金研究室 TEL：024-8368 6463 E-mail：Fengnaixiang@163.com
主 要 内 容 课 题 背 景 1 以白云石和菱镁石为原料的真空热还原炼镁副产高白氢氧化铝新法炼镁技术 2 以菱镁石为原料真空热还原炼镁 副产镁铝尖晶石新法炼镁技术 3 3 新法炼镁技术经济效益与社会效益分析 4
金属镁凭借其低密度、高比强度、优秀的电磁屏蔽特性和高可循环利用等优良性能，被称为“21世纪最具开发和应用潜力的绿色工程材料”。金属镁凭借其低密度、高比强度、优秀的电磁屏蔽特性和高可循环利用等优良性能，被称为“21世纪最具开发和应用潜力的绿色工程材料”。
炼 镁 方 法 无水氯化镁 熔盐电解法 真空热还原法 卤水脱水 电解法 硅热法 碳热法 铝热法 菱镁石氯化法 道屋海水法 占世界金属镁产量的80%以上 皮江法 优点：氯化镁原料来源广泛，生产可以连续进行， 生产效率较高。 优点：成本投入小、设备简单、生产规模灵活多变；获得金属镁纯度高； 缺点：环保设备投资大，产生有毒气体， 设备腐蚀大，成本高。 缺点：能耗高，还原渣难以利用。
现行皮江法炼镁技术 • 白云石消耗:10.5~12t/t-Mg • 还原剂硅铁消耗: 1.05~1.15t/t-Mg • 还原过程料镁比: 6.0~7.0 • 单罐产镁量：30-35kg • 产生还原渣量:5.0~6.0t/t-Mg • 能源消耗: 10t标煤/t-Mg (包括硅铁生产能耗)， 5-6t标煤/t-Mg (不包括硅铁生产能耗) • CO2排放量: > 30 t/t-Mg
皮 江 法 原料消耗量大 温室气体CO2排放量大 还原渣 无法利用 能耗高 约10t标煤/t-Mg (包括硅铁能耗) 超过30t/t-Mg (包括能源消耗产生) 超过5t/t-Mg 超过10.5t/t-Mg 皮江法炼镁单位能耗超过了我国铝行业的单位冶炼能耗，是典型的高能耗、高排放的冶金行业。 为适应我国节能减排的发展方向，急需开发低能耗低排放的新法炼镁技术。
2 白云石和菱镁石/镁化白云石 真空热还原生产金属镁和氢氧化铝
新法炼镁技术原理： （1）以白云石和菱镁石（或镁化白云石）为原料，煅烧： CaCO3·MgCO3 + 5MgCO3 = CaO + 6MgO + 7CO2 （2）以废铝为还原剂还原 CaO·MgO + 5MgO + 4Al = 6Mg + CaO·2Al2O3 （3）还原反应剩余残渣料其主要成分为CaO·2Al2O3 ，还有少量的CaO·Al2O3 ，用NaOH和Na2CO3的混合碱液在85-95℃的温度下浸出，使CaO·2Al2O3 中的Al2O3以NaAl(OH)4的形式被浸出，然后碳分生产高白氢氧化铝。 CaO·2Al2O3+Na2CO3+2NaOH+H2O=CaCO3+NaAl(OH)4 图4 以镁化白云石或白云石和菱镁石为原料的炼镁流程
以白云石和菱镁石或镁化白云石为原料真空热还原制取金属镁和氢氧化铝技术指标：以白云石和菱镁石或镁化白云石为原料真空热还原制取金属镁和氢氧化铝技术指标： • 白云石消耗:1.3~1.6t/t-Mg，菱镁石消耗3.0-3.5t/t-Mg • 还原剂铝粉消耗: 0.85~0.90t/t-Mg • 还原过程料镁比: (3.1~3.5):1 • 产生还原渣量:2.1~2.5t/t-Mg • 还原过程镁还原率：85-90% • 还原渣中氧化铝浸出率：85-90% • 能源消耗: 3.5t标煤/t-Mg (包括废铝生产铝粉的能耗) • CO2排放量: <15 t/t-Mg(包括生产还原剂过程产生的CO2 ) • 浸出渣排放量 <1.6 t/t-Mg(该浸出渣可返回还原过程参与配料)
金属镁的产品形貌 图5 本技术还原获得的金属镁 上图为实验室获得金属镁，下图为工业试验获得的金属镁 图6 炼镁还原渣的物相分析及扫描电镜
高白氢氧化铝的成分及微观结构 表1 本技术获得的氢氧化铝主要成分与国标对比 图7 本实验获得的氢氧化铝照片及SEM结构
3 以菱镁石为原料真空热还原生产 金属镁和高密度镁铝尖晶石
技术原理： （1）原料煅烧： MgCO3 = MgO + CO2 （2）以铝粉为还原剂还原 4MgO(s) + 2Al(l)= 3Mg(g) + MgO·Al2O3(s) （3）还原反应剩余残渣料其主要成分为MgO·Al2O3，还 有少量的MgO和未反应的单质铝，该还原渣经高温烧结 后，单质铝氧化为Al2O3然后与未反应的MgO反应生成 MgO·Al2O3，同时在高温烧结的过程中还原过程中生产的 镁铝尖晶石体积收缩，密度增大，转变为高密度镁铝尖晶 石。 图8 以菱镁石为原料热还原炼镁流程
以菱镁石为原料真空热还原制取金属镁和镁铝尖晶石技术指标：以菱镁石为原料真空热还原制取金属镁和镁铝尖晶石技术指标： • 菱镁石消耗4.5-5.0t/t-Mg • 还原剂铝粉消耗: 0.80~0.85t/t-Mg • 还原过程料镁比: 3.3~3.5:1 • 产生还原渣量:2.3~2.5t/t-Mg • 金属镁生产能源消耗: 3.5t标煤/t-Mg (包括废铝生产铝粉的能耗) • CO2排放量: <15 t/t-Mg(包括生产还原剂过程产生的CO2 ) • 浸出渣排放量 ：零排放 • 镁铝尖晶石密度>3.20g/cm3，可通过调节还原过程配入的铝粉量生产各种氧化铝含量的镁铝尖晶石
金属镁的产品形貌 图9 本技术还原获得的金属镁 图10 炼镁还原渣物相分析及扫描电镜
镁铝尖晶石的物相及微观结构 图11 1650℃烧后的镁铝尖晶石（Al2O3 72-76%） 图12 工业高纯镁铝尖晶石物相分析（Al2O3 72-76%） 图14以还原渣为原料制取的镁铝尖晶石的微观结构 图13以还原渣为原料1650℃煅烧后制取的的镁铝尖晶石
表1 新法炼镁技术与皮江法炼镁技术指标对比（按生产1t 镁计算）
新法炼镁同皮江法炼镁相比： • 原矿消耗降低50%以上 • 炼镁综合节能超过6t标煤/t-Mg，节能达50%以上： • 新法炼镁较皮江法炼镁，煅烧阶段能耗降低50-70%，约1t标煤； • 料镁比降低，还原能耗降低45%，生产率提高80%，能耗降低1.5-2.0t标煤。 • 皮江法硅铁生产能耗在4-5t标煤/t-Mg，铝粉由废铝生产，能耗低于0.5t标煤 /t-Mg，还原剂生产能耗降低3.5t标煤/t-Mg以上。 • 废渣减排60% 皮江法生产一t镁产生还原渣5-6t，新法炼镁为2.3-2.5t，新法炼镁还原渣经处理后实际废渣排放量低于1.6t或废渣零排放。 • CO2减排50%以上 煅烧阶段，减排CO22.5t；节能6t标煤，每t标煤燃烧产生2.7tCO2，共减排CO2超过18t。 • 成本大幅度降低 新法炼镁还原剂成本较皮江法高4000-6000元，但由其还原渣生产的高附加值的高白氢氧化铝或高密度镁铝尖晶石的价格较高可弥补由此带来的成本增加，另外新法炼镁生产效率提高80%，使炼镁人工、设备等成本相应降低，新法炼镁技术的综合成本可较皮江法低2000元/t-Mg以上。
谢谢！ 联系方式： 冯乃祥 东北大学材料与冶金学院 024-83686463 Fengnaixiang@163.com
