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电熔法制备高纯镁砂研究进展

发布日期: 2019-08-14 10:14:42    阅读量(121)    作者:刘梓明

电熔法制备高纯镁砂的工艺路线短而简单,但设备投入和资源消耗大。将轻质氧化镁或轻烧镁粉压团后放入电熔炉中,插入电极,在大电流、低电压条件下电熔,所得高纯镁砂纯度可达99.9%,密度可达3.50g/cm3以上。产品质量主要决定于电流电压的大小以及电熔时间的长短等。电熔法的工艺路线一般如图1所示。

目前,我国电熔镁砂厂家仍多采用电弧炉熔融菱镁矿石制备产品,技术装备落后,产品品位不高,粉尘污染严重,能量利用率低。而国外则相对先进,现代电弧炉能够自动控温和调节电极升降,原料为海水、盐湖卤水中提取的高纯氧化镁,所得电熔镁砂产品纯度高、密度大、高温稳定性强。澳洲的Pun等[26]利用无监督学习技术和数字图像处理技术挑拣不同品位的镁砂产品。而目前国内多数电熔镁砂企业依然依靠人工挑选,由此造成镁砂品位不一和劳动力浪费。针对当前情况,应对现有工艺及设备进行改进和更新,提高生产效率。

当前对于电熔镁砂的研究一方面是对工艺的探索,包括熔炼工艺的优化、添加剂的开发以及节能途径的探索。另一方面则是对于电弧炉的研究,包括智能控制技术在电弧炉中的应用和电弧炉内部熔体的流动。

对工艺的探索方面,谢祥[27]以盐湖卤水热解轻烧氧化镁为原料,经电弧炉制备高纯镁砂,在优化图1电熔镁砂工艺路线图·509·化工进展2019年第38卷的工艺条件下,制备得到纯度大于99.8%、密度大于3.5g/cm3的高纯镁砂。另外发现添加TiO2能提高产品纯度。路贵民等[28]开发了一种用于生产大结晶电熔镁砂的添加剂,主要成分为高纯石墨粉、稀土氧化物和氧化锆。结合适当的工艺流程,根据原料的杂质种类和含量,有针对性地添加相应的除杂物质,能得到大块白色透明高纯电熔镁砂,添加剂用量少但效果显著。添加剂的优化降低了熔炼的功率和时间,提高了原料的利用率,达到了节能减排的效果;该添加剂易获得,工艺简单,所需设备要求不高,成本低廉,适合大规模工业生产和应用。仝永娟[29]开发了一套电熔镁砂系统节能新工艺,包括原料预处理工艺、电熔镁砂生产工艺、电熔镁坨及烟气的分段分级回收及梯级综合利用工艺、CO2回收工艺等4个分工艺。新工艺使整个工艺系统的物质能源得到了充分利用,实现了“零排放”,避免了环境污染,在能耗最低的条件下获得了高品位的电熔镁砂。

对电弧炉的研究方面,为了提高自动化水平及控制性能,不同的研究者从不同角度开展了研究。Wang等[30]提出了一种基于三维有限元法的加热炉模型,对电熔镁炉内熔体的对流状况进行了考察。为了解决电熔镁砂生产中存在的分别由两点控制算法和三相电极控制造成的过冲、电极升频和电弧电流不稳定等问题,Ma等[31]设计了一种基于改进BP神经网络的电熔镁炉三相集成控制模型。该控制模型解决了传统制造方法中的过冲问题,降低了生产能耗,提高了产品质量。为了更好地控制电熔镁炉中的熔炼过程,Fang等[32]提出了一种基于智能控制策略和基于模型的设计技术的电熔镁炉过程控制实时嵌入式控制系统。实验结果表明,嵌入式控制系统在实验室和工业环境下都能很好地工作。

鉴于以菱镁矿为原料,通过电弧炉直接高温熔炼电熔镁砂的传统工艺存在产品质量低、生产能耗高、环境污染严重、工作强度大等缺陷。今后高纯电熔镁砂制备的主流方向将是以卤水、海水制得的高纯轻质MgO为原料生产高纯电熔镁砂;而电熔镁砂制备工艺的研究重点将在于自动化电弧炉装备的研究。

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