Производство магния на заводе в Лакки

30.01.2017

Ниже приведено краткое описание производства магния на заводе в Лакки (США) по способу, разработанному Пиджоном (рис. 159). В качестве исходных материалов применяются доломит и 75%-ный ферросилиций. Доломит содержит не менее 21% MgO, не более 2% нерастворимого в кислоте остатка и не более 0,1% калия и натрия.
Приготовление брикетов. Дробленый и отсортированный доломит обжигается в шахтной печи и затем измельчается последовательно в молотковой дробилке и вальцевой мельнице. Ферросилиций измельчается в молотковой дробилке и шаровой мельнице. Обожженный доломит содержит: нерастворимого в кислотах не более 0,5%, не более 0,75% CO2 и конституционной воды в пределах 0,25—1,25%.
Производство магния на заводе в Лакки

Измельченные доломит и ферросилиций поступают в бункеры, откуда они через дозатор подаются в смеситель. Перемешанная шихта брикетируется в две стадии на валковых ячейковых прессах высокого давления.
На первом прессе, работающем с большой скоростью, происходит предварительное уплотнение материала. Окончательное брикетирование проводится на втором прессе, который работает с меньшей скоростью для обеспечения максимальной продолжительности взаимного контакта частиц под давлением. Плотность брикета составляет примерно 2,15 г/см3.
Производительность пресса составляет 2,9 T брикетов в час. Брикеты имеют миндалевидную форму, размер их — 36,6х30,2х20,7 мм. Брикеты отсеиваются на грохоте, упаковываются в бумажные мешки по 20—22,5 кг и отправляются в отделение восстановления.
Восстановление окиси магния. Окись магния восстанавливается до металлического магния в горизонтальных вакуумных ретортных печах (рис. 160).
Производство магния на заводе в Лакки
Производство магния на заводе в Лакки

В качестве реакционного сосуда применяют реторты из высоколегированной жароустойчивой стали, содержащей 28% Cr, 15% Ni и не более 0,3% С, 1,25% Mn и 0,5% Si. Реторта (рис. 161) состоит из двух частей. Основная часть, в которой происходит процесс восстановления (зона реакции), находится внутри печи и представляет собой литую трубу из хромоникелевой стали с приваренным к одному из концов сферическим днищем. Длина реакционной части 2210 мм, внутренний диаметр — 254 мм и толщина стенок — 28,6 мм. К другому концу из трубы, выступающему из печи, приварена стандартная труба из углеродистой стали длиной 610 мм и внутренним диаметром 281 мм. Эта часть реторты служит зоной конденсации. Конец ее имеет на себе водяную рубашку для охлаждения. К этому же концу приварен штуцер для откачки газов, соединенный с вакуумной линией. Холодный конец реторты герметически закрывается крышкой с резиновой прокладкой. В этот конец реторты помещается конденсатор для магния, на стенках которого осаждается сконденсировавшийся магний. Во избежание совместной конденсации паров магния и щелочных металлов в заднюю часть конденсационной зоны устанавливаются несколько скрепленных между собой перегородок, которые образуют камеру для конденсации паров щелочных металлов. Первая перегородка, обращенная к конденсатору для магния, отклоняет к нему струю магниевых паров, а более летучие пары щелочных металлов устремляются через отверстия в перегородке в более холодную зону, где и осаждаются отдельно от магния. Этим предотвращается совместная конденсация паров магния и щелочных металлов, благодаря чему устраняется опасность воспламенения магния при возгорании щелочных металлов во время разгрузки конденсатора
Внутри реторты, в конце реакционной зоны, непосредственно примыкающей к конденсатору, помещен — экран, состоящий из двух перфорированных пластин, отверстия которых не совпадают. Такое устройство экрана позволяет парам магния свободно проходить из реакционной зоны в конденсатор и одновременно препятствовать нагреванию конденсатора раскаленной шихтой. B ретортную печь (рис. 160) устанавливается 20 реторт, расположенных в один ряд. Вдоль реторт устроен приемник для остатков от восстановления.
Печь отапливается газом, который подается в горелки низкого давления, расположенные вверху и внизу печи. К этим же горелкам подводится воздух. Регулирование подачи газа в горелки в зависимости от температуры производится автоматически. Нижние горелки регулируются вручную при пуске печи и после этого (в обычных условиях работы печи) расход газа через них практически постоянен. Полный цикл операции в реторте длится 10 час В реторту загружают пять мешков с брикетами, устанавливают конденсатор и ловушку, после чего всю арматуру реторты закрывают. Затем производят разогрев в течение 10—30 мин. для удаления влаги из брикетов. После этого реторту закрывают и подключают к вакуумной системе.
Каждые четыре реторты соединены с вакуумным насосом производительностью 2,8 м3 в минуту. Реторта находится под вакуумом в среднем 9,5 час. Остаточное давление в реторте в начале периода восстановления равно 1 мм рт. ст., а к концу этого периода снижается до 0,045 мм рт. ст.
Подача газа в печь регулируется таким образом, чтобы температура в реторте к концу операции была 1165° С.
Давление газов в печи равно 1,27 мм вод. ст.; отношение воздух — газ поддерживается таким образом, чтобы газы содержали около 1 % кислорода.
Конденсатор охлаждается водой, циркулирующей в водяных рубашках. Оптимальная температура, при которой достигается отложение наиболее плотного осадка кристаллов магния, составляет примерно 475—550° С. Выход магния по кремнию составляет 65%.
Производство магния на заводе в Лакки

После окончания восстановления вакуум снижают, открывают крышку и извлекают ловушку для щелочных металлов и конденсатор с магнием. Затем выгружают остатки брикетов. Магний отлагается на стенках конденсатора в виде плотного осадка цилиндрической формы. Суточная производительность одной печи (20 реторт) составляет 691 кг.
После извлечения из конденсатора магний переплавляют и разливают в чушки или используют для приготовления сплавов. Схематический разрез печного цеха показан на рис. 162.
В условиях работы (высокая температура и глубокий вакуум), прочность материала реторт находится на пределе текучести, вследствие чего стенки реторты уже через 100 суток работы сплющиваются. Тогда в разогретую в печи реторту нагнетают сжатый воздух под давлением 7 ат и она при этом выправляется. Этот прием позволяет удлинить срок службы реторты до 250 суток, после чего она становится негодной к употреблению.
Ниже приводятся удельные расходы сырья и энергии на 1 т магния, достигнутые на заводе в Лакки.
Производство магния на заводе в Лакки

Магний, полученный силикотермическим способом, отличается высокой степенью чистоты.
Содержание примесей значительно ниже, чем в магнии, полученном электролизом, и не превышает 0,005% меди, 0,005 % свинца, 0,003 % железа, 0,005% никеля, 0,001% марганца и 0,008% кремния.