皮江法镁车间设计(pidgeon process magnesium shop design)

以白云石为原料、75硅铁为还原剂，在高温及真空条件下还原制取金属镁的镁厂车间设计。这一生产方法为加拿大多伦多大学教授皮江(L.M.Pidgeon)研究成功，并以其名字命名。

皮江法镁车间设计的主要内容为：工艺流程、设备选择、车间配置与技术要求和主要技术指标。

工艺流程将原料白云石(MgCO₃•CaCO₃)煅烧除去CO₂，得到煅白(MgO•CaO)。再将煅白和75硅铁分别密成粉，按一定比例配料、混匀压成团块，干粉料中不加任何粘结剂。团块装入还原炉中的还原罐里，加热还原罐至1200℃左右，同时抽真空使罐内压力达到1.33Pa左右，在此条件下进行还原反应产出结晶镁。结晶镁再在坩埚中以熔剂精炼获得质量合格的金属镁，浇铸成镁锭。工艺流程见图。当白云石含MgO量小于20%时，要添加菱镁矿或苦土粉(MgO)，添加的菱镁矿要与白云石一起煅烧；添加苦土粉时，可直接配料。与电解法比较，皮江法炼镁的优点是工艺流程短，原料来源广泛，生产中无有害气体，金属镁纯度高。但生产效率低，成本较高。

设备选择有煅烧设备和还原设备。

皮江法炼镁工艺流程示意图

1-回转窑；2-冷却机；3-球磨机；4-球磨机；5-混料机；6-压团机；7-加料机；8-还原炉；9-精炼炉；10-铸锭机

(1)煅烧设备。白云石煅烧温度为1200℃，煅烧设备可选用竖炉或回转窑。竖炉造价低，但由于温度不均匀，产品质量差，含有欠烧或过烧料，煅白的水化活性只能达到28%。回转窑温度均匀，煅白的质量稳定，水化活性可达33%，机械化和自动化程度较高。一般选用回转窑煅烧白云石，采用气体燃料或液体燃料。

(2)还原设备。还原炉有内热式和外热式两种。还原温度为1150～1200C。至1993年以前，世界上只有意大利镁公司采用内热式还原炉，其他皮江法炼镁厂均采用外热式还原炉。外热式还原炉一般为16～20个水平放置的还原罐，罐内径为270～380mm、长3500mm左右，罐的材质为耐热钢。还原罐的尺寸根据还原周期确定。还原周期可为8、12或24h，根据成本构成因素与还原时间的关系确定。还原炉产能计算式为：

式中A为还原炉产能，t/a；f₁为精炼镁实收率，%；f₂为还原罐利用率，%；f₃为还原炉利用率，%；m为镁料比，%；n为1台炉的还原罐数，个；p为1个还原罐装料量，t；τ为1个还原周期的时间，h。

还原罐抽真空(罐内压力为1.33Pa左右)，一般选用机械泵与油扩散泵或罗茨泵组成的真空机组。

还原炉料为干粉压团，压团机压力为100～200MPa。一般选用对辊式压团机。

车间配置与技术要求在皮江法炼镁生产中，煅白的活性和还原过程中的真空度是必须保证的重要指标。煅白的活性高，还原镁实收率亦高。为保持入还原炉团块中煅白的高活性，必须尽量缩短煅白在空气中的停留时间。工序配置须紧凑，煅白输送设备通常采用密闭式。为达到和维持需要的真空度，配置还原炉与真空泵时，力求真空管道最短，并分别设置排除还原初期大量气体的机械泵与维持真空的机械泵和油扩散泵或罗泼身乏组成的真空机组。一般是几个还原罐连接成一个真空系统，每台炉有几个真空系统。金属镁易燃烧，车间内要有消防设施。

主要技术指标白云石和煅白质量要求和吨镁消耗指标分别见表1、表2和表3。

表1 白云石质量要求(%)

表2 煅白质量要求(%)

表3 1t镁消耗指标