电熔镁砂制备工艺及熔炼过程

周旋　贾玉龙　李建宏

摘 要：基于电熔镁砂表现出的优良特性，其广泛应用于高温电气绝缘材料，及不定形耐火材料的重要原料，此外，单晶、多晶、高纯电熔氧化镁，用于制造高级和超高级耐温、耐压、耐高频绝缘材料、热电偶材料、电子陶瓷材料、火箭、核子熔炉等。

关键词：电熔镁砂；制备；熔炼；菱镁石；水氯镁石

针对电熔镁砂是重要的工业原材料，其生产工艺简单，主要以氧化镁压球料为原料，采用电弧炉熔融法制备而成。介绍了我国电熔镁砂制备工艺技术方面的研究成果，主要表现在选择适宜的化學添加剂改善镁砂的性能以及高效新工艺的开发。

1 我国电熔镁砂制备工艺及应用

我国电熔镁砂制备优化工艺。当前我国电熔镁产业仍在沿用电弧炉生产方式，技术装备相对落后，效率低，能源浪费严重，余热潜能流失严重；电熔镁砂生产过程中还存在着严重的粉尘污染，并大量排放二氧化碳，加重了大气温室效应，恶化周边环境。现有电熔镁技术装备亟待更新换代，现有工艺急需创新，因此，采用集成技术发展节能环保的新式电熔镁装备及制备工艺是发展电熔镁产业的重要选择。近年来，国内的科技工作者在电熔镁砂的生产工艺方面进行了改进和优化，并取得了一定的成效。电熔镁砂的生产工艺流程短而简单，但设备投入和资源消耗大。我国电熔镁砂产业多采用电弧炉熔融天然菱镁矿石制备电熔镁砂，生产工艺技术装备落后，功率低、容量小、效率低、自动化程度低，生产出的电熔镁砂产品品位不高，导致镁资源利用率低，环境污染严重。通过利用盐湖卤水与氨气反应后生成氢氧化镁在煅烧后生成轻质氧化镁，可以通过洗涤、过滤等方法有效地除去杂质离子，氧化镁的纯度高达99.9%，在较低温度下轻烧得氧化镁粉末，而后经一定压力压球，制取高纯电熔镁砂。其中青海西部镁业有限公司目前正在建设一套3万吨/年高纯电熔镁砂项目，建成后将填补国内外由盐湖卤水制备的高纯Mg（OH）2中间体为原料生产高纯电熔镁砂生产工艺的空白。

2 电熔镁砂熔炼过程研究

电熔镁砂熔炼工艺原理。电熔镁砂是采用电弧熔融法进行制备，其装备是电熔镁电弧炉（矿热埋弧电炉），即通过电极的埋弧电热和物料的电阻电热来熔炼物料。其电耗很大，炉体一般呈圆形，三根电极布置成三角形。电熔镁炉在生产过程中，是以电弧电热对炉料加热使之熔化，形成熔池，电弧电热越大，物料熔化的速度越快。电熔镁砂的制备是以氢氧化镁煅烧氧化镁压制成球后为原料，在4000 kVA高温电弧炉中经冶炼、熔化再结晶后形成的镁砂制品，在不同类型的电弧炉中通过电弧加热产生高温（≥2 800℃），使镁质原料在炉中受热、脱水（釆用水氯镁石）、溶融、析晶、晶体长大、冷却等一系列物理化学变化过程，形成一种耐高温、硬度大、纯度高的电熔氧化镁晶体。

青海西部镁业电熔镁砂产品是以氢氧化镁煅烧氧化镁压制成球后为原料，在4000 kVA高温电弧炉中经冶炼、熔化再结晶后形成的镁砂制品。

电熔镁砂熔炼过程。电熔镁砂的熔炼过程主要分为填料阶段、起弧阶段、熔融阶段、加料阶段、冷却阶段以及停炉阶段：填料阶段。在电熔开始工作之前需往炉内装料，应做到将料压实压密，并在粉料的最上层铺一层工业冶金焦炭，其平铺范围在三根电极所形成的三角形范围内，使得起弧后电路形成回路；起弧阶段。调节电极，开始进入起弧阶段；熔融阶段。起弧后，待电流趋于平稳后，电极周围的原料开始熔融，熔池逐渐形成；加料阶段。随氧化镁原料不断消耗，熔池液面开始下降，待熔池稳定后可往电极周围填料，进入加料阶段（需注意不要破坏熔池的稳定性）；冷却阶段。熔炼完成后，电极逐渐被氧化消耗，电流减小。需通过冷却给熔池内的氧化镁晶体创造一个稳定散热降温的环境，使其冷凝结晶出多晶氧化镁产品；停炉阶段。停炉过程中，往往采用手动加料，为了减少排气，电极附近要加入氧化镁坯砂（氧化镁轻烧粉不含CO2），并多加细粉料，有利于产品产量及品质提高。

电熔镁砂熔融结晶过程。电熔镁砂的熔融结晶过程伴随着杂质的迁移和析出，在熔炼过程中，由于各组分的熔点和密度不同，其析出方式存在差异：熔融开始时，随温度的升高，熔点较低的杂质先达到熔点温度，并转变成液态；随温度继续升高，当达到氧化镁熔点温度时，此时氧化镁开始熔化，因氧化镁的密度相对较高，其它杂质的密度相对较低，加上熔池中二氧化碳和水蒸气的不断上升，使得杂质逐渐向上迁移。其中，低熔点的杂质可以直接升华成气态从熔池中逸出，因而熔池中氧化镁的含量越来越高；随温度略微降低，氧化镁晶体开始结晶析出，此时系统温度仍高于杂质熔点温度，杂质仍为液态，由于毛细作用、温度以及浓度梯度的影响，杂质逐渐向外和向上迁移或析出，最后散落在方镁石（电熔镁砂）的晶界上。

总之，目前电熔镁砂传统生产工艺是以菱镁矿为原料，通过电弧炉高温熔炼制备而成，但该法存在产品质量不高、生产能耗高、环境污染严重、工作强度大等缺陷。而利用盐湖卤水制备的高纯Mg（OH）2中间体为原料生产高纯电熔镁砂，具有产品附加值高、生产处理量大、能耗低等优异特点，解决了国内外高端镁砂制品的需求。因此，该工艺是今后高纯电熔镁砂制备的主流方向。

参考文献：

[1]李大伟，周兴华.浅谈电熔镁砂制备工艺及熔炼过程[J].盐科学与化工，2017（10）.