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辽宁省宽甸地区有400万吨高MgO、低SiP<,2>型硼镁矿,这种矿现有生产工艺是利用碳碱法制取硼砂。在生产过程中,由于MgO含量高,导致料浆粘稠、硼回收率降低,同时渣中大量的Mg也被浪费。针对这一问题,本试验首次采用真空热还原的方法来分离硼镁矿,利用铝粉和硅铝合金粉为还原剂,采用正交法,研究不同的还原温度、还原时间、制团压力、还原剂过量系数等条件下镁的还原率。
论文分为理论分析、试验过程、试验结果三个部分。
理论分析部分,对铝热法及硅热法还原硼镁矿进行理论分析。通过氧化物的<,△>G<θ>~T图确定了铝及硅还原MgO的可能性;通过热力学计算得出,在标准状态下,用铝及硅还原MgO的初始反应温度分别为1453K及1782K左右。
试验过程:首先进行原矿煅烧试验,研究原矿在不同温度下的失重及煅烧后料中MgO的活性情况,确定硼镁矿的最佳煅烧温度为1173~1223K、恒温0.5~1.0h;然后是真空还原阶段,研究还原时间、还原温度、真空度之间的变化规律,由此可以判断还原反应的进行程度。试验结束后,对结晶在冷凝器上的还原产物Mg及余料(富硼料)作化学分析和X-射线衍射分析。
试验结果显示,以硅铝合金粉为还原剂,当还原剂过量系数为+5%、在还原温度为1453K、还原时间为2h、制团压力为35MPa时,镁的还原率为43%(实收率),当还原剂过量系数为+50%,镁的还原率可达71%(实收率),Mg的纯度均达到98%以上。铝热法还原硼镁矿,还原的最佳温度为1423K,其他试验条件还需进一步试验来确定。经分析,还原余料(富硼料)与原矿石相比,硼含量最多减少20%左右,而镁含量最多减少80%左右,基本实现矿石中B、Mg的部分分离。余料的化学组成与无碱玻璃纤维的化学组成基本相符,可见,试验余料可以用做生产无碱玻璃纤维的原料。
综上所述,用真空热法还原硼镁矿冶炼金属镁的工艺可行,同时也为硼镁矿的综合利用找到了一个新的途径。