電熔鎂砂制備工藝及熔煉過程

周旋　賈玉龍　李建宏

摘 要：基于電熔鎂砂表現(xiàn)出的優(yōu)良特性，其廣泛應(yīng)用于高溫電氣絕緣材料，及不定形耐火材料的重要原料，此外，單晶、多晶、高純電熔氧化鎂，用于制造高級和超高級耐溫、耐壓、耐高頻絕緣材料、熱電偶材料、電子陶瓷材料、火箭、核子熔爐等。

關(guān)鍵詞：電熔鎂砂；制備；熔煉；菱鎂石；水氯鎂石

針對電熔鎂砂是重要的工業(yè)原材料，其生產(chǎn)工藝簡單，主要以氧化鎂壓球料為原料，采用電弧爐熔融法制備而成。介紹了我國電熔鎂砂制備工藝技術(shù)方面的研究成果，主要表現(xiàn)在選擇適宜的化學(xué)添加劑改善鎂砂的性能以及高效新工藝的開發(fā)。

1 我國電熔鎂砂制備工藝及應(yīng)用

我國電熔鎂砂制備優(yōu)化工藝。當前我國電熔鎂產(chǎn)業(yè)仍在沿用電弧爐生產(chǎn)方式，技術(shù)裝備相對落后，效率低，能源浪費嚴重，余熱潛能流失嚴重；電熔鎂砂生產(chǎn)過程中還存在著嚴重的粉塵污染，并大量排放二氧化碳，加重了大氣溫室效應(yīng)，惡化周邊環(huán)境。現(xiàn)有電熔鎂技術(shù)裝備亟待更新?lián)Q代，現(xiàn)有工藝急需創(chuàng)新，因此，采用集成技術(shù)發(fā)展節(jié)能環(huán)保的新式電熔鎂裝備及制備工藝是發(fā)展電熔鎂產(chǎn)業(yè)的重要選擇。近年來，國內(nèi)的科技工作者在電熔鎂砂的生產(chǎn)工藝方面進行了改進和優(yōu)化，并取得了一定的成效。電熔鎂砂的生產(chǎn)工藝流程短而簡單，但設(shè)備投入和資源消耗大。我國電熔鎂砂產(chǎn)業(yè)多采用電弧爐熔融天然菱鎂礦石制備電熔鎂砂，生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備落后，功率低、容量小、效率低、自動化程度低，生產(chǎn)出的電熔鎂砂產(chǎn)品品位不高，導(dǎo)致鎂資源利用率低，環(huán)境污染嚴重。通過利用鹽湖鹵水與氨氣反應(yīng)后生成氫氧化鎂在煅燒后生成輕質(zhì)氧化鎂，可以通過洗滌、過濾等方法有效地除去雜質(zhì)離子，氧化鎂的純度高達99.9%，在較低溫度下輕燒得氧化鎂粉末，而后經(jīng)一定壓力壓球，制取高純電熔鎂砂。其中青海西部鎂業(yè)有限公司目前正在建設(shè)一套3萬噸/年高純電熔鎂砂項目，建成后將填補國內(nèi)外由鹽湖鹵水制備的高純Mg（OH）2中間體為原料生產(chǎn)高純電熔鎂砂生產(chǎn)工藝的空白。

2 電熔鎂砂熔煉過程研究

電熔鎂砂熔煉工藝原理。電熔鎂砂是采用電弧熔融法進行制備，其裝備是電熔鎂電弧爐（礦熱埋弧電爐），即通過電極的埋弧電熱和物料的電阻電熱來熔煉物料。其電耗很大，爐體一般呈圓形，三根電極布置成三角形。電熔鎂爐在生產(chǎn)過程中，是以電弧電熱對爐料加熱使之熔化，形成熔池，電弧電熱越大，物料熔化的速度越快。電熔鎂砂的制備是以氫氧化鎂煅燒氧化鎂壓制成球后為原料，在4000 kVA高溫電弧爐中經(jīng)冶煉、熔化再結(jié)晶后形成的鎂砂制品，在不同類型的電弧爐中通過電弧加熱產(chǎn)生高溫（≥2 800℃），使鎂質(zhì)原料在爐中受熱、脫水（釆用水氯鎂石）、溶融、析晶、晶體長大、冷卻等一系列物理化學(xué)變化過程，形成一種耐高溫、硬度大、純度高的電熔氧化鎂晶體。

青海西部鎂業(yè)電熔鎂砂產(chǎn)品是以氫氧化鎂煅燒氧化鎂壓制成球后為原料，在4000 kVA高溫電弧爐中經(jīng)冶煉、熔化再結(jié)晶后形成的鎂砂制品。

電熔鎂砂熔煉過程。電熔鎂砂的熔煉過程主要分為填料階段、起弧階段、熔融階段、加料階段、冷卻階段以及停爐階段：填料階段。在電熔開始工作之前需往爐內(nèi)裝料，應(yīng)做到將料壓實壓密，并在粉料的最上層鋪一層工業(yè)冶金焦炭，其平鋪范圍在三根電極所形成的三角形范圍內(nèi)，使得起弧后電路形成回路；起弧階段。調(diào)節(jié)電極，開始進入起弧階段；熔融階段。起弧后，待電流趨于平穩(wěn)后，電極周圍的原料開始熔融，熔池逐漸形成；加料階段。隨氧化鎂原料不斷消耗，熔池液面開始下降，待熔池穩(wěn)定后可往電極周圍填料，進入加料階段（需注意不要破壞熔池的穩(wěn)定性）；冷卻階段。熔煉完成后，電極逐漸被氧化消耗，電流減小。需通過冷卻給熔池內(nèi)的氧化鎂晶體創(chuàng)造一個穩(wěn)定散熱降溫的環(huán)境，使其冷凝結(jié)晶出多晶氧化鎂產(chǎn)品；停爐階段。停爐過程中，往往采用手動加料，為了減少排氣，電極附近要加入氧化鎂坯砂（氧化鎂輕燒粉不含CO2），并多加細粉料，有利于產(chǎn)品產(chǎn)量及品質(zhì)提高。

電熔鎂砂熔融結(jié)晶過程。電熔鎂砂的熔融結(jié)晶過程伴隨著雜質(zhì)的遷移和析出，在熔煉過程中，由于各組分的熔點和密度不同，其析出方式存在差異：熔融開始時，隨溫度的升高，熔點較低的雜質(zhì)先達到熔點溫度，并轉(zhuǎn)變成液態(tài)；隨溫度繼續(xù)升高，當達到氧化鎂熔點溫度時，此時氧化鎂開始熔化，因氧化鎂的密度相對較高，其它雜質(zhì)的密度相對較低，加上熔池中二氧化碳和水蒸氣的不斷上升，使得雜質(zhì)逐漸向上遷移。其中，低熔點的雜質(zhì)可以直接升華成氣態(tài)從熔池中逸出，因而熔池中氧化鎂的含量越來越高；隨溫度略微降低，氧化鎂晶體開始結(jié)晶析出，此時系統(tǒng)溫度仍高于雜質(zhì)熔點溫度，雜質(zhì)仍為液態(tài)，由于毛細作用、溫度以及濃度梯度的影響，雜質(zhì)逐漸向外和向上遷移或析出，最后散落在方鎂石（電熔鎂砂）的晶界上。

總之，目前電熔鎂砂傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是以菱鎂礦為原料，通過電弧爐高溫熔煉制備而成，但該法存在產(chǎn)品質(zhì)量不高、生產(chǎn)能耗高、環(huán)境污染嚴重、工作強度大等缺陷。而利用鹽湖鹵水制備的高純Mg（OH）2中間體為原料生產(chǎn)高純電熔鎂砂，具有產(chǎn)品附加值高、生產(chǎn)處理量大、能耗低等優(yōu)異特點，解決了國內(nèi)外高端鎂砂制品的需求。因此，該工藝是今后高純電熔鎂砂制備的主流方向。

參考文獻：

[1]李大偉，周興華.淺談電熔鎂砂制備工藝及熔煉過程[J].鹽科學(xué)與化工，2017（10）.