20世纪90年代中期以来，为适应全球可持续发展的要求，镁及镁合金的研发及应用进入高速增长期。在此期间，凭借资源、能源和成本优势，中国镁工业发展强劲，迅速控制了全球原镁的供应。据海关统计，2003年中国镁产品出口量29.8万t，约占全球总发货量的66.6％。

 中国原镁产量的98％是经由硅热还原或称做Pidgeon Process的方法生产的，并被预测是未来中国最主要的金属镁生产方式。有关专家担心，如果不能保证高质量和相对稳定的原料供给，镁应用产业很可能出现整体萎缩。因而，部署在中国各地镁厂的卧式皮江法还原装置，就是不能不受到人们的强烈关注。这种生产设施具有工艺路线简单，工艺参数较易调控的优点，然而也具有还原过程传质传热差，热效率低的明显弱点，从而限制了皮江法镁厂的生产规模。

 1 皮江法炼镁的热化学

 皮江法炼镁的热还原反应是在卧式原罐中进行的，总反应的化学计量方程由（1）式给出：

 2MgO·2CaO+Si(Fe)→Ca2SiO4+2Mg+Fe （1）

 反应式（1）的自由能函数ΔG与温度T的关系由式（2）给出：

 ΔG=115600+11.74TlogT-100.38T （2）

 反应热ΔH与温度T的关系见（3）式：

 ΔH=115600-5.098T（3）

 由（2）式可知此还原反应的临界温度Tc。若使反应（1）正向进行，反应温度必须大于临界值Tc，温度越高，或提高反应速度越显著，反应（1）就越能够进行到底。真实的还原过程是在真空下进行的，这样一来大大降低了临界温度Tc，并提供了镁蒸气的传输通道，但也降低了反应物料的热传递效率，并形成皮江法生产中复杂及其特殊的真空热还原机理。

 2 试验装置简介

 本试验利用生产装置，试验内容与生产同步进行。还原反应装置由卧式还原罐、加热炉和真空系统组成。图1 是还原罐结构示意图，罐内填装原料，罐外加热。将煅烧后的白云石与一定比例的硅铁、萤石充分磨细混匀后压成球形，定量装入罐中，密闭罐口；同时启动真空排气和还原炉加热，使罐内真空度达到13.3Pa调节不同反应温度和反应持续时间的条件下，由单罐产量考察还原反应的转化效率。能耗由生产统计报表分析得出。

 3 结果与讨论

 3.1 燃煤还原炉和燃气还原炉的比较

 我国镁产业体系的能源结构以煤为主，炼镁还原炉有两种炉型，分别以发生炉煤气和原煤作燃料。图2是一种燃气还原炉的结构简图，从环保角度考虑，专业设计院倾向于推荐这种炉型。

 但是近几年来，为了降低燃料费用和吨镁投资成本，各生产厂家不愿选用燃气炉型，以至于九成以上的新建还原炉均为直接燃煤的炉型，从而加剧了烟尘污染。这两种炉型的生产工艺参见下表。

 分析下表数据可知，两种还原炉各有优势，但燃气炉仍具有明显优势，这为后续开展的工艺技术改造奠定了基础。燃气还原炉的劣势是需要增加制气工段，常见的煤气发生炉用无烟煤制气，增大了吨镁成本。这就是本文要重点解决的问题。 1/2 12下一页尾页