Технология производства магния карботермическим методом

30.01.2017

Производство магния карботермическим методом состоит из следующих стадий: 1) получения окиси магния обжигом магнезита или другим способом, 2) приготовления шихты из окиси магния и углеродистого восстановителя (смешения и брикетирования), 3) восстановления окиси магния в атмосфере инертного газа, 4) быстрого охлаждения и разбавления газообразных продуктов реакции холодным инертным газом (закалки), 5) брикетирования магниевой пыли, 6) возгонки магния из брикетов и переплавки полученных кристаллов магния (рис. 163).
Технология производства магния карботермическим методом

Влияние различных факторов на показатели процесса

Основными показателями, характеризующими эффективность процесса восстановления окиси магния углеродом, являются выход магния и скорость реакции.
Скорость реакции определяется многими факторами, нередко действующими в противоположных направлениях. К этим факторам относятся: состав шихты, физическое состояние реагирующих веществ, температура и давление, при которых протекает реакция.
Влияние состава и физического состояния шихты. При увеличении относительного содержания углерода в шихте скорость реакции увеличивается (при температуре 1600—1700°). Скорость реакции при применении шихты с избытком углерода выше, чем при шихте нормального состава, т. е. содержащей эквивалентные количества окиси магния и углерода. Реакция при применении шихты нормального состава идет примерно в 1,5—2 раза быстрее, чем с шихтой, в которой имеется недостаток углерода.
Размер частиц шихты также оказывает существенное влияние на ход процесса восстановления. По данным А.С. Микулинкого, с увеличением крупности частиц шихты необходима более высокая температура для того, чтобы начиналась и затем интенсивно протекала реакция восстановления. Это указывает на то, что лучший контакт между частицами компонентов шихты способствует более интенсивному ходу реакции. Поэтому необходимо возможно больше измельчать и тщательно перемешивать компоненты шихты. С этой точки зрения казалось бы, что и увеличение давления при брикетировании должно оказывать положительное влияние на скорость процесса восстановления, так как повышение давления тоже улучшает контакт между частицами реагирующих веществ. Ho с повышением давления при брикетировании уменьшается пористость брикета, что в свою очередь препятствует быстрому удалению газообразных продуктов из сферы реакции и, следовательно, замедляет процесс восстановления в целом.
Однако во избежание потерь из-за большого уноса непрореагировавшей шихты из реакционного пространства шихту прессуют при достаточно высоком давлении.
При этом применяют брикеты минимального размера, так как уменьшение размеров брикетов также способствует ускорению реакции восстановлении. Естественная микропористостъ углеродистого восстановителя играет большую роль для скорости реакции.
При восстановлении окиси магния происходят процессы испарения и диффузии, а количество испаряющегося и диффундирующего вещества зависит от величины поверхности, на которой эти процессы происходят. Поэтому химическая активность выше у восстановителя, обладающего более высокой микропористостью.
Увеличение удельной поверхности применяемого углеродистого восстановителя достигается, как это было указано, путем наиболее тонкого размола и подбором оптимального давления прессования шихты.
Влияние примесей посторонних окислов. В технически чистой окиси магния, применяемой в качестве исходного материала, обычно присутствуют окислы железа, кремния, алюминия и кальция. Эти же окислы входят в состав зольного остатка углеродистого восстановителя.
При температуре восстановления окиси магния углеродом в луговой печи (2000°) все перечисленные окислы восстанавливаются до металлов. Поэтому если исходные материалы являются достаточно чистыми, то накопления твердых шлаков на подине печи не происходит. Восстановленные металлы удаляются из зоны реакции вместе с основными продуктами реакции, затем они конденсируются и удаляются вместе с твердыми остатками после выделения чистого магния.
Расход энергии

При восстановлении технической окиси магия энергия расходуется:
1) на нагревание исходных материалов от обычной температуры (25°) до температуры реакции (2000°);
2) на восстановление окиси магния и всех посторонних окислов, присутствующих в шихте.
Для точного расчета количества потребной энергии по указанным двум статьям расхода необходимо знать теплоемкости всех составных частей шихты в заданном интервале температур и тепловые эффекты реакций восстановления окиси магния и других окислов при температуре реакции. Теплоемкости и тепловые эффекты являются сложными функциями от температуры, вычисление их производят особыми приемами, описываемыми в подробных курсах физической химии.
Для сравнительной оценки различных статей расхода тепла при восстановлении окиси магния углеродом воспользуемся данными Б.С. Гуляницкого, рассчитанными применительно к среднему составу шахты, при выходе магния в реакции, равном 0,95. Согласно этим расчетам, расход тепла на восстановление окиси магния, заключающейся в 1 кг брикетов, составляет 2459 ккал. Расход тепла на восстановление посторонних окислов, содержащихся в 1 кг брикетов, составляет 80 ккал. Расход тепла на нагревание 1 кг брикетов от температуры 25° до 20П0° составляет 750 ккал. Суммарный теоретический расход тепла на восстановление 1 кг шихты составляет: 2459 + 80 + 750 = 3289 ккал, или 3289/800= 3,82 квт*ч.
Удельный расход энергии на 1 кг магния равен
3,82*3,08 = 11,8 квт*ч/кг,

где 3,08 — расход брикетов на 1 кг переплавленного магния.
Практический расход энергии зависит также от теплового в электрического к. п. д. восстановителей электропечи. Обычно к. п. д. электрической дуговой печи, применяемой в описываемом процессе, доходит до 0,8; электрический к. п д. — до 0,9. Суммарный к. п. д., равный произведению этих величин, может быть принят равным в среднем 0,7. Тогда практический расход энергии на 1 кг переплавленного магния будет равен
11,8/0,7 = 16,8 квт*ч/кг.