[00243679]镁冶炼无氟矿化剂研究

　　本项目主要是基于我国冶金行业中炼镁能耗高和氟污染两大问题而开展与催化剂效应和固气反应热动力学相关的基础理论研究和实验工作的。 　　皮江法炼镁过程为先将含镁矿石煅烧后与还原剂和矿化剂萤石粉碎按比例混合制成球料,装入还原罐中，在高温和高真空（1200℃，13Pa）条件下，物料反应生成镁蒸汽，在还原罐端头冷凝形成结晶镁，再将结晶镁精炼获得金属镁锭。矿化剂萤石中氟化钙含量高于95%。在还原温度条件下氟化钙可与其他物料组分反应生成氟的气体化合物，除HF气体排放外，在所排出的还原渣中仍含有近1%的氟化合物，固气双相污染环境。要想从源头上解决镁冶炼的氟污染问题，必须研究矿化剂反应还原催化原理，找到替代萤石的无氟矿化剂。为此，本项目开展了如下工作： 　　一是氟化钙催化镁还原反应机理和效应的研究。氟化钙作为炼镁矿化剂使用多年，但至今仍未对其催化镁还原反应的机理和效应进行系统化的研究。本项目首先对氟化钙的催化机理和效应进行系统研究，主要实验内容包括用传统炼镁原料制成不同氟化钙含量的球团原料在模拟的炼镁中试设备中进行实验研究，并使用FACTSAGE程序，对可能发生的各种反应进行平衡和反应热效应的计算。将实验和计算结果结合在一起进行深入系统的分析研究，搞清氟化钙在炼镁过程中与其它原料组份相互作用的机理和反应条件和其催化作用对镁收得率的影响。 　　二是无氟矿化剂催化镁还原反应机理和效应的研究。参考氟化钙催化镁还原反应机理研究的结果，借鉴国内外有关无氟造渣剂炼钢和低温烧结陶瓷材料所用助烧结剂（sintering aids）研究的成果，选出2-4种替换氟化钙的氧化物和复合氧化物组或矿物作为候选矿化剂。将候选矿化剂加入炼镁原料制成模拟实验团块装入新建的炼镁的中试设备进行炼镁实验。对加热过程中产生的物理变化和化学反应，及其伴随发生的吸热和放热现象进行系统的分析研究，并使用FACTSAGE程序，对可能发生的各种反应进行平衡和反应热效应的计算。将实验和计算结果对比分析，搞清了候选矿化剂在炼镁过程中与其它原料组份相互作用的机理和反应条件和其催化作用对镁收得率的影响。并据此推荐了可在工业生产中使用的无氟矿化剂。 三是皮江法炼镁热动力学研究。应用皮江法炼镁中试设备跟踪测量模拟炼镁过程中还原罐内和球料界面和中心的温度场变化，研究炼镁反应的动热力学条件，对还原炉内反应物质体系在加热过程中的传热传质进行系统分析，对降低能耗的可行性进行探索性研究，提出可降低能耗的具体技术措施，包括对配方和还原炉供热工艺的调整和优化。　　通过项目组研究，搞清了氟化钙在炼镁过程中与其它原料组份相互作用的机理和反应条件及其催化作用对镁收得率的影响；在对无氟矿化剂催化镁还原反应机理和效应的研究的基础上，研发了可在炼镁工业生产中使用的无氟矿化剂；摸清了皮江法炼镁还原炉中能量平衡和物料平衡，提出降低能耗的具体技术措施，包括对配方和还原炉供热工艺的调整和优化。最后通过工业规模的炼镁实验来验证和完善了这些低能耗还原镁的新技术和工艺。 　　本项目的技术难点是：镁冶炼过程中矿化剂催化镁还原反应机理，无氟矿化剂的筛选、替代效果，以及工业化生产可接受程度；炉内温度场、物料温度变化规律，真空度、冶炼时间对金属镁得率及镁锭纯度的影响程度，试验模拟与工业化炼镁的工艺差异。 　　本项目解决的技术关键：采用小试热力学模拟实验和中试镁冶炼模拟实验方法研究镁冶炼矿化剂催化机理与无氟矿化剂的替代萤石效应，与FACTSAGE热力学模拟软件计算数据吻合较好。项目的技术路线与研究方法达到国内外先进水平。 　　 　　项目成果的创造性与先进性：首次研发出适合于工业化生产的金属镁冶炼无氟矿化剂，经工业化实验证实在不改变生产工艺与设备，不增加成本，不影响产品质量的基础上，获得了与氟化钙矿化剂效果同样的镁收得率。解决了金属镁冶炼的氟污染和镁渣粉化问题。经查新，无氟矿化 剂替代氟化钙的研究国内外未见报导，具有创新性；自行设计制造的模拟镁冶炼实验炉，能够很好地重现镁冶炼的实际工况，与FACTSAGE计算相结合，理论分析与实验结果互补。此实验研究方法未见报导，具有创新性。 本项目研究成果首次研发成功金属镁冶炼无氟矿化剂，成功解决了金属镁冶炼废渣的氟污染和粉尘污染问题。由于去除了镁渣中的氟，使炼镁废渣变废为宝，成功应用于炼钢企业替代石灰石作炼钢的造渣剂，节约了能源和矿石资源，减轻了二氧化碳排放，促进了金属镁冶炼的清洁化生产和废弃物循环利用的技术进步。项目研究具有推广示范作用，经济效益与环境效益显著。如产业化应用，在同行业可迅速推广，能够使镁企业增加新的经济效益。此外，通过降低镁冶炼原料中的氟含量，使炼镁后的废渣成为符合钢铁冶炼要求的造渣料剂，可直接销售钢铁企业做炼铁炼钢原料，预计每年可产生2000多万元的经济利润。