半连续硅热法炼镁    (Production of magnesium by semicontinuous siliconthermic reduction)

在真空电炉内，用硅铁还原剂将煅烧白云石还原成金属镁的热还原法炼镁的方法，又称马格尼特(Magnet)法。这种炼镁法具有技术先进、单台还原炉生产能力大、能耗较低等特点，但也存在投资较高、产品纯度不如皮江法炼镁等问题，主要由煅烧和真空热还原法两大过程组成(图1)。

半连续硅热法炼镁由法国人马格尼特于20世纪60年代初试验成功。法国马利纳(Marignac)厂利用附近的白云石矿和水力、电力资源，于1964年建成半连续硅热法炼镁厂。初期的生产规模为年产镁4500t，1970～1971年期间还原炉容量由2300kW增大为4500kW，镁生产能力以3～3．5t／(d•台)增加至7～7．5t／(d•台)。1980年再次扩建，至今已形成年产镁1．54万t的生产能力。美国和南斯拉夫等国的一些镁厂，也采用这种炼镁方法。

煅烧      真空热还原所用的煅烧白云石和氧化铝是分别煅烧天然白云石和铝土矿制取的。

白云石煅烧    天然的白云石是一种分布很广的矿物，其分子式为MgCO3•CaCO3。用于半连续硅热法炼镁的白云石含MgO 19％～21％、CaO 30％～35％(CaO：MgO=1．5～1．75)、SiO₂ <1％、Mn₂O₃<0．025％、ZnO<0．005％、(Na₂O+K₂O)<0．1％，粒度为10～30mm，并要具有一定的热强度。白云石煅烧是在回转窑中进行的，以重油为燃料，煅烧温度1673K。在此煅烧温度下，白云石分解生成MgO•CaO。煅烧白云石在高于973K温度下出窑，以防吸湿。它水池渣桶含MgO37％左右，灼减在0．05％以下，粒度5～15mm，置于保温料斗中。

铝土矿煅烧      助熔剂氧化铝是用回转窑煅烧铝土矿制得的。煅烧温度约1523K，出料温度高于873K。煅烧所得的氧化铝含Al₂O₃在80％以上，灼减在0．05％以下，粒度5～15mm，置于保温料斗中。

真空热还原       以煅烧白云石为原料，硅铁为还原剂，氧化铝为助熔剂，还原过程在半连续化的还原炉中进行。

还原炉     为一只单相供电的真空电炉，由炉体、中心电极、冷凝器和坩埚等四个主要部分组成(图2)。炉体为圆柱形，外壳均由非导磁钢板焊接而成，炉盖为半球形，内衬耐热材质，设有加料孔和中心电极孔，外表用水冷却。炉体下部设有放渣口，炉壳的底部和侧部内砌耐火砖。炉膛由炭块砌筑而成，在底部炭块上镶以铜导体作为底部电极。中心电极由通水冷却的铜管与石墨电极浇铸而成。铜管的另一端安装于炉盖上，电极的石墨部分浸于熔渣中。中心电极设有移动装置，通过调整极距来调控炉内的电负荷。冷凝器由厚20～25mm的耐热钢板焊成，其侧孔与炉体侧部镁蒸气出口通道相通，下口与盛镁坩埚连接，并焊有与真空管路相通的连接管。上述所有接口均采用密封装置，整座单相真空电炉(包括几个料仓在内)形成一个单独的真空系统。目前生产所用单相真空电炉的功率为4500kW，日产镁7．5～9t／台。

还原作业      装于各自密封仓内的煅烧白云石、硅铁、氧化铝按煅烧白云石：硅铁：氧化铝=77：14：9配料比，分批从炉盖的加料孔连续加入炉内。炉料中的氧化铝用于造渣，使其与还原产生的硅酸二钙一起构成初晶温度、电导率等物理化学性质能满足生产要求的炉渣。

在还原炉生产时，炉膛熔池内积存有一定数量的熔融态炉渣，当把上下两个电极连起来并通电后，电流通过炉渣层产生电阻热。电阻热用以维持炉膛内的温度和提供还原过程所需的热量。炉膛温度一般控制在1873K，真空压力为4000Pa。炉料落到熔渣表面，部分进入渣中，便发生还原反应：

还原反应部分在固相间进行，部分在液相中进行。反应生成的镁蒸气进入冷凝室，凝结成液态，并流入盛镁坩埚中。与此同时，还原反应生成的炉渣不断增加、积累。

还原炉的生产是半连续的，每24h为一炉周期。周期中间因炉膛内积渣到一定限度时，需中止加料并充氩气破坏真空，排出熔渣，再继续抽真空、加料。炉内熔渣是电阻体，其电阻随着炉内物料反应的进行，熔渣和残余硅铁(含硅18％～22％)增加而降低，电流随电阻下降而增大，还原炉的加料、炉温、真空度、电流强度、电压及冷却水系统等均为自动控制。

每一炉周期结束即破坏真空，卸下冷凝器和盛镁坩埚。将盛镁坩埚送去精炼铸锭(见镁精炼)。将熔渣和残余硅铁放入硅铁抬包，硅铁沉于底部，熔渣流入渣包。炉渣经水碎处理后用作水泥掺合剂，残余硅铁冷却后，经机械破碎后外销。半连续硅热法炼镁的单耗及技术指标列举于表。

             半连续硅热法炼镁的单耗(以1t镁计)及主要技术指标

  项目

  白云石量／t

煅烧白云石量／t

煅烧铝土矿量／t

硅铁①量／t

熔剂量／t

    氢气量／m3

  数值

  13．5～15

  6．1～6．7

  O．9～1．O

 1．05～1．1

 O．15～O．2

    5

 
  项  目
 

 
  氧气量，／m3
 

    电耗②／
 
    kW·h

 
    重油量／t
 

 
  水量／t
 

压缩空气量
 
    ／m3

 
镁总收率／％
 

劳动生产率／
 
t·人-1 ·a-1

  数值

    3

  11500～12500

    1．46～1．6

    25～30

    1000

  70～75

    20