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1 前言

隨著(zhu)現(xian)代工業(ye)的(de)飛速發展，傳統金(jin)屬(shu)資源已瀕(bin)臨枯(ku)竭。因此(ci)，尋找和(he)開發新的(de)金(jin)屬(shu)資源已勢在(zai)必行。鎂是地(di)球上儲量最豐富的(de)元素之(zhi)一，除在(zai)地(di)殼表層金(jin)屬(shu)礦(kuang)的(de)含量為2.3 %外，在(zai)鹽湖(hu)及海洋中的(de)含量也十分可觀。如海水中鎂含量達(da)2.1 * 1015 t。所以(yi)，加速開發鎂金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)是實(shi)現(xian)可持續發展的(de)重要(yao)措施之(zhi)一。

由于其優良的(de)(de)特(te)性，金(jin)屬鎂(mei)(mei)(mei)的(de)(de)使(shi)用量(liang)正在(zai)(zai)不斷(duan)增大，其應(ying)用領域正在(zai)(zai)不斷(duan)拓(tuo)寬。鎂(mei)(mei)(mei)正以“時代金(jin)屬”的(de)(de)角(jiao)色出現在(zai)(zai)冶金(jin)材料的(de)(de)舞臺上，成為(wei)(wei)有色金(jin)屬中的(de)(de)佼佼者，現在(zai)(zai)鎂(mei)(mei)(mei)已經成為(wei)(wei)繼銅、鋁、鉛(qian)、鋅之后(hou)的(de)(de)第五大有色金(jin)屬。然而，具有資(zi)源(yuan)優勢的(de)(de)金(jin)屬鎂(mei)(mei)(mei)雖然得到了(le)快速發(fa)展，但(dan)其市場潛力(li)卻尚未充(chong)分挖掘。因此如何進(jin)一步加(jia)速發(fa)展鎂(mei)(mei)(mei)工業(ye)，開發(fa)新的(de)(de)金(jin)屬鎂(mei)(mei)(mei)冶煉工藝(yi)，已成為(wei)(wei)當(dang)前世(shi)界各國研究的(de)(de)熱點。

接下(xia)來，本文(wen)將從(cong)金屬鎂的(de)特性(xing)與資源現狀(zhuang)、市場需求和制備工藝(yi)等方面展開介紹，以便能(neng)更好的(de)參與鎂工業的(de)發展過程(cheng)。

2 金屬鎂的(de)特(te)性(xing)與資源現狀

2.1 金屬鎂的特性

鎂屬(shu)于輕(qing)金屬(shu)，是門(men)捷列夫周期系(xi)的(de)(de)第二族化學元素。原(yuan)子序(xu)數為12，原(yuan)子量(liang)為24.305。純(chun)鎂為銀白色，293.15 K時(shi)密度為l.74 g/cm3，為鐵的(de)(de)2/9，鋁的(de)(de)2/3，是最輕(qing)的(de)(de)金屬(shu)結(jie)構材料。

在化(hua)學(xue)性(xing)質方面(mian)，鎂(mei)(mei)對氧(yang)有極大的親和(he)(he)力，在空氣中易被氧(yang)化(hua)，表面(mian)生成一(yi)層(ceng)致密的氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)薄(bo)膜，使(shi)顏色失去光澤變暗。當溫度高于(yu)450 ℃時，這(zhe)層(ceng)薄(bo)膜開始破裂，溫度再升(sheng)高時（850 ℃）鎂(mei)(mei)就直接燃燒發(fa)出(chu)耀(yao)眼的白(bai)光。此外(wai)，注(zhu)意(yi)到300 ℃時鎂(mei)(mei)即與氮(dan)氣發(fa)生反應(ying)，670 ℃時鎂(mei)(mei)的氮(dan)化(hua)反應(ying)進行得(de)異常迅速而形成氮(dan)化(hua)物(wu)（Mg3N2）。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的是(shi)，鎂(mei)(mei)錠(ding)或鎂(mei)(mei)制件(jian)是(shi)不會引起(qi)燃燒的，危險的是(shi)散碎的鎂(mei)(mei)和(he)(he)鎂(mei)(mei)粉(fen)，它能像煤(mei)粉(fen)或鋁粉(fen)一(yi)樣燃燒，鎂(mei)(mei)粉(fen)的爆炸下限濃度為(wei)20 mg/L。

2.2 金屬鎂的資源現狀

目前(qian)，世界(jie)上鎂(mei)(mei)(mei)資(zi)源主(zhu)要以(yi)液(ye)體礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)和固體礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)兩種(zhong)形式存在，其(qi)中液(ye)體礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)以(yi)地下鹵水、海水鹵水苦鹵、鹽湖鹵水為主(zhu)，固體礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)包(bao)括(kuo)菱鎂(mei)(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、白(bai)云石(shi)(shi)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、蛇紋石(shi)(shi)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、滑(hua)石(shi)(shi)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)及(ji)少量其(qi)他沉積礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。在自然條(tiao)件(jian)下，由于(yu)鎂(mei)(mei)(mei)的化學活度很大(da)，鎂(mei)(mei)(mei)在自然界(jie)只(zhi)以(yi)化合物(wu)形態(tai)存在（約(yue)有200多(duo)種(zhong)）。工業上重要的鎂(mei)(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)只(zhi)有10多(duo)種(zhong)，其(qi)中我(wo)國鎂(mei)(mei)(mei)冶煉行業常用的煉鎂(mei)(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)主(zhu)要包(bao)括(kuo)菱鎂(mei)(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、白(bai)云石(shi)(shi)、光(guang)氯石(shi)(shi)和水氯鎂(mei)(mei)(mei)石(shi)(shi)。

我(wo)國(guo)(guo)菱鎂礦(kuang)(kuang)約31.45億(yi)(yi)噸，占(zhan)(zhan)全球總儲(chu)量(liang)的(de)(de)22.5 %，處于世界(jie)第一位(wei)。礦(kuang)(kuang)床主(zhu)要(yao)集中(zhong)在遼寧和(he)(he)山東兩省，大部分(fen)為(wei)大中(zhong)型(xing)礦(kuang)(kuang)床，開(kai)采條件比較好，適(shi)合(he)于露(lu)采、機械化作業和(he)(he)規模經營。礦(kuang)(kuang)石質量(liang)優(you)良(liang)，符合(he)煉(lian)鎂要(yao)求的(de)(de)I、II級礦(kuang)(kuang)就占(zhan)(zhan)到78 %，在國(guo)(guo)際市場上具有(you)(you)很強(qiang)的(de)(de)競爭力。白云石的(de)(de)資源也十分(fen)豐富，已(yi)探明的(de)(de)儲(chu)量(liang)在40億(yi)(yi)噸以上，礦(kuang)(kuang)床在我(wo)國(guo)(guo)分(fen)布(bu)廣泛。光鹵石主(zhu)要(yao)分(fen)布(bu)在我(wo)國(guo)(guo)西北(bei)鹽(yan)(yan)(yan)湖(hu)，僅察爾漢(han)鹽(yan)(yan)(yan)湖(hu)就有(you)(you)近(jin)16億(yi)(yi)t的(de)(de)儲(chu)量(liang)（以MgCl2計）。至于水(shui)氯鎂石，其(qi)從天然的(de)(de)鎂鹽(yan)(yan)(yan)溶液(ye)、海水(shui)或鹽(yan)(yan)(yan)湖(hu)水(shui)中(zhong)獲得的(de)(de)。根據大概的(de)(de)計算，海水(shui)中(zhong)MgCl2儲(chu)藏量(liang)約為(wei)5.2 * 107億(yi)(yi)t，我(wo)國(guo)(guo)擁(yong)有(you)(you)較長的(de)(de)海岸(an)線(xian)，適(shi)于開(kai)發相關資源。

3 金(jin)屬鎂的市場需求

從(cong)2012年(nian)至2021年(nian)，我(wo)國(guo)鎂(mei)產量(liang)從(cong)61.5萬t增(zeng)長(chang)(chang)至93.0萬t，10年(nian)增(zeng)長(chang)(chang)了51.2 %，同時中(zhong)國(guo)的(de)鎂(mei)產量(liang)占全球(qiu)比例(li)從(cong)82.5 %增(zeng)長(chang)(chang)到(dao)90.3 %。消費量(liang)從(cong)23.0萬t增(zeng)長(chang)(chang)到(dao)44.2萬t，增(zeng)長(chang)(chang)了92.2 %。到(dao)目前為止(zhi)，中(zhong)國(guo)已經坐實全球(qiu)最(zui)大(da)的(de)原(yuan)鎂(mei)生產以(yi)及(ji)鎂(mei)消費國(guo)位置。

鎂(mei)(mei)及鎂(mei)(mei)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)已(yi)經廣(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)于航天航空、汽車、軌道交通、3C、電動工具及其民用(yong)(yong)領域(yu)，還可被用(yong)(yong)作生物(wu)醫用(yong)(yong)材料和(he)(he)儲氫材料，市場前景較好。另外(wai)，鎂(mei)(mei)在冶金(jin)(jin)工業(ye)和(he)(he)化學工業(ye)上也(ye)應用(yong)(yong)廣(guang)泛(fan)。按(an)照加(jia)工方式，鎂(mei)(mei)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)可分(fen)為鑄造鎂(mei)(mei)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)和(he)(he)變形鎂(mei)(mei)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)兩大類。目前，使用(yong)(yong)最廣(guang)的鎂(mei)(mei)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)是(shi)鎂(mei)(mei)鋁合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。通過加(jia)入鎂(mei)(mei)，改善了鋁的機(ji)械加(jia)工性能及耐堿腐蝕的能力。據統計，當今世界上約有50 %的鎂(mei)(mei)用(yong)(yong)于制造鎂(mei)(mei)鋁合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。

在(zai)汽(qi)(qi)車(che)(che)、航(hang)(hang)空、航(hang)(hang)天工業(ye)(ye)部(bu)門，常用(yong)(yong)鎂(mei)合金(jin)代替部(bu)分鋼(gang)鐵材料(liao)或鋁材料(liao)，可大幅度減輕機(ji)(ji)械設(she)備(bei)自身重(zhong)量(liang)，節約能(neng)耗以及提(ti)高速度。近年來鎂(mei)合金(jin)在(zai)汽(qi)(qi)車(che)(che)工業(ye)(ye)上的(de)(de)用(yong)(yong)量(liang)增長飛快(kuai)，主要用(yong)(yong)來鑄造(zao)(zao)(zao)汽(qi)(qi)車(che)(che)的(de)(de)發動機(ji)(ji)和傳動裝置的(de)(de)零部(bu)件(jian)。用(yong)(yong)鎂(mei)合金(jin)替代鋁合金(jin)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)手(shou)提(ti)工具(ju)，操作輕便，而(er)且造(zao)(zao)(zao)價降低。

在(zai)電機(ji)工(gong)業(ye)中，鎂(mei)合(he)金(jin)(jin)被廣(guang)泛應(ying)(ying)用(yong)(yong)來制(zhi)造電動(dong)機(ji)。在(zai)紡(fang)織(zhi)工(gong)業(ye)中，鎂(mei)合(he)金(jin)(jin)用(yong)(yong)來制(zhi)造紡(fang)織(zhi)機(ji)的傳動(dong)零(ling)部件來減輕振動(dong)，降低噪音，節(jie)約電能(neng)。另(ling)外，鎂(mei)與鎂(mei)合(he)金(jin)(jin)相比樹脂、塑料材質(zhi)，散(san)熱(re)性能(neng)好(hao)，用(yong)(yong)來制(zhi)造電子元(yuan)器件或電子產品外殼(ke)、零(ling)部件可充分(fen)發揮其散(san)熱(re)快的優勢。鎂(mei)合(he)金(jin)(jin)已應(ying)(ying)用(yong)(yong)于(yu)LED照明領(ling)域，主要體(ti)(ti)現(xian)在(zai)路燈(deng)殼(ke)體(ti)(ti)及(ji)燈(deng)架、燈(deng)管型材、筒燈(deng)殼(ke)體(ti)(ti)、球泡燈(deng)殼(ke)體(ti)(ti)、隧道燈(deng)殼(ke)體(ti)(ti)以及(ji)LED散(san)熱(re)模組等(deng)。

4 金屬鎂的制備(bei)工藝

目(mu)前(qian)的煉鎂工藝(yi)主(zhu)要有(you)兩(liang)種：電(dian)(dian)解(jie)法和(he)熱還原法。20世紀，電(dian)(dian)解(jie)法是主(zhu)要的煉鎂方法，2000年后，由于(yu)皮江法在中(zhong)國(guo)的廣泛應用（該法鎂生(sheng)產(chan)量已達70 %以上(shang)），到(dao)目(mu)前(qian)為(wei)止(zhi)，在我(wo)國(guo)只(zhi)有(you)青海民和(he)鎂廠等(deng)少數幾家(jia)采用電(dian)(dian)解(jie)法生(sheng)產(chan)。

4.1 電解法煉鎂工藝

電(dian)解(jie)法(fa)即氯(lv)(lv)化鎂熔融(rong)電(dian)解(jie)工藝，是在電(dian)解(jie)槽內通以(yi)直流電(dian)使熔融(rong)電(dian)解(jie)質中(zhong)的(de)(de)無水氯(lv)(lv)化鎂分解(jie)制得金屬鎂的(de)(de)方法(fa)。根據(ju)原(yuan)料來源和處(chu)理原(yuan)料工藝的(de)(de)不同，可分為道烏法(fa)、氧化鎂氯(lv)(lv)化法(fa)、光鹵石(shi)法(fa)、AMC法(fa)和諾斯克法(fa)。根據(ju)調查，諾斯克·希(xi)德羅法(fa)較符合我國的(de)(de)實際情況，因(yin)此主要介紹該方法(fa)。

該(gai)法是(shi)將(jiang)含33 %左右的(de)MgCl2鹵水(shui)先凈化除雜，再蒸發濃縮噴灑造(zao)粒(li)，制(zhi)成含水(shui)約(yue)48 %的(de)固體(ti)顆粒(li)，將(jiang)此顆粒(li)送(song)一次(ci)脫(tuo)水(shui)沸騰床(chuang)(chuang)中(zhong)(zhong)用(yong)(yong)熱風(feng)進(jin)行脫(tuo)水(shui)，得到含水(shui)約(yue)23 ~ 25 %的(de)一次(ci)脫(tuo)水(shui)顆粒(li)。為抑(yi)制(zhi)氯化鎂(mei)水(shui)解，再在(zai)(zai)二次(ci)脫(tuo)水(shui)沸騰床(chuang)(chuang)中(zhong)(zhong)用(yong)(yong)熱HCl氣(qi)體(ti)進(jin)行完全脫(tuo)水(shui)，制(zhi)得無水(shui)氯化鎂(mei)顆粒(li)料(liao)，HCl尾氣(qi)在(zai)(zai)HCl處理系統中(zhong)(zhong)脫(tuo)水(shui)純化后循(xun)環使(shi)用(yong)(yong)，無水(shui)氯化鎂(mei)顆粒(li)料(liao)加入電(dian)解槽中(zhong)(zhong)，電(dian)解制(zhi)得金屬鎂(mei)和氯氣(qi)，具體(ti)工藝見下圖(tu)。

圖4.1  鹵(lu)水在(zai)HCl氣(qi)氛中脫水電解(jie)煉(lian)鎂流程(cheng)簡圖

4.2 熱還原法煉鎂工藝

熱(re)還(huan)原法，其工藝是采用金(jin)屬(shu)或(huo)非金(jin)屬(shu)作為還(huan)原劑，在一定溫度條(tiao)件(jian)下，將氧化鎂(mei)(mei)或(huo)含鎂(mei)(mei)礦物還(huan)原成金(jin)屬(shu)鎂(mei)(mei)的(de)方(fang)法。其反(fan)應方(fang)程式如下：MgO(s) + X = Mg(g) + XO。根據(ju)采用的(de)還(huan)原劑不同，主要可分為硅熱(re)法、碳化物熱(re)法、碳熱(re)法和其他金(jin)屬(shu)熱(re)法（鈣(gai)、鋁及其合金(jin)）。但考慮到金(jin)屬(shu)熱(re)法在經濟上不劃算，因此(ci)本文不再介紹。

4.2.1 皮江法煉鎂工藝

根(gen)據采用(yong)的(de)還原設備不同，硅熱法(fa)主要可分(fen)為皮(pi)江法(fa)、馬(ma)格內姆(mu)法(fa)、波爾扎諾法(fa)和MTMP法(fa)。由于皮(pi)江法(fa)在我國被廣泛使用(yong)，因(yin)此本文(wen)主要介(jie)紹該方法(fa)。

該方法由加拿大科學家L．M．Pidgeon首先提出。工藝是：將硅鐵(Si > 75 %)和煅燒后的白云石按一定配比混合、磨細、壓團，裝入耐熱合金鋼制的還原罐底端密封，在反應溫度為1150 ～ 1200 ℃、真空為1.3 ~ 13 Pa的條件下還原出鎂蒸氣，鎂蒸氣冷凝于還原罐另一端，結晶為粗鎂，再經過精煉澆鑄得到鎂錠。反應方程式如下：2(MgO·CaO)(s) + Si(Fe)(s) = 2Mg(g) + 2CaO·Si0₂(s)。其(qi)工藝(yi)流(liu)程如下圖(tu)，還(huan)原周期為(wei)8 ~ l0 h。

圖4.2  皮江法煉鎂流程簡圖

4.2.2 碳化物熱法煉鎂工藝

該法由英國苗里赫公司首先提出，采用碳化鈣等作為還原劑，在反應溫度為1900 ℃左右還原煅燒菱鎂礦或蛇紋石，真空條件下，溫度為900~1100℃、壓強為100 Pa可進行反應，所得鎂蒸氣經冷凝結晶成鎂，再熔化澆鑄為鎂錠，工藝流程如下圖。反應方程式為：MgO(s) + CaC₂(s) = Mg(g) + CaO(s) + 2C(s)。

圖4.3  碳化物熱法煉鎂工藝流程。

4.2.3 碳熱(re)法煉鎂工藝(yi)

該法是以木炭、煤、焦(jiao)炭等碳質材料作還原劑，在(zai)高溫(wen)條件下(xia)從氧化鎂(mei)中(zhong)還原制取金屬鎂(mei)的(de)方(fang)(fang)法，其反應方(fang)(fang)程式(shi)如下(xia)：MgO(s) + C（s） = Mg(g) + CO(g)。該法于1938年(nian)由(you)奧地利(li)F.Hansgirg提出(chu)，團塊(kuai)爐料在(zai)1800 ℃或(huo)(huo)更高溫(wen)度的(de)三相電弧(hu)爐中(zhong)進行反應，還原出(chu)Mg蒸氣(qi)和CO氣(qi)體，再混入(ru)大量中(zhong)性氣(qi)體（如氫氣(qi)等）或(huo)(huo)油，使產物(wu)溫(wen)度由(you)1900 ~ 2000 ℃迅速降至(zhi)250 ℃以下(xia)，得到冷凝鎂(mei)粉，從而實現氣(qi)體分離，其工藝流程如下(xia)圖。

圖(tu)4.4  常(chang)壓下(xia)碳熱還(huan)原法(fa)煉(lian)鎂工藝流程(cheng)

5 金屬鎂制備工藝的未(wei)來(lai)發展(zhan)

目前，對(dui)(dui)于金屬鎂(mei)制備工(gong)藝的(de)發(fa)展(zhan)思(si)路主(zhu)要包括：（1）對(dui)(dui)皮江法的(de)工(gong)藝路線進行(xing)改善，進一步降低(di)其生產原鎂(mei)的(de)能耗與(yu)成(cheng)本(ben)，如使(shi)用豎罐等(deng)；（2使(shi)用可連續生產的(de)煉鎂(mei)工(gong)藝，如“相對(dui)(dui)真空”連續煉鎂(mei)；（3）使(shi)用其他(ta)還(huan)原劑代替硅鐵(tie)，如碳(tan)等(deng)。

5.1 發展(zhan)豎罐技術

豎罐(guan)技術屬于(yu)皮江法(fa)的改進工藝(yi)，其工藝(yi)條件與(yu)皮江法(fa)相同(tong)。相對(dui)于(yu)臥式還原罐(guan)，豎罐(guan)還原罐(guan)豎立垂直安裝，利用物(wu)料自身重力作(zuo)(zuo)用可實(shi)現快速加料出渣作(zuo)(zuo)業，有(you)利于(yu)實(shi)現機械化、自動化。

加(jia)(jia)拿大溫莎大學的Yu 教授(shou)開發(fa)的“上加(jia)(jia)料上出渣(zha)”豎(shu)(shu)罐(guan)，在南(nan)京云海鎂(mei)廠進行了(le)中試(shi)化試(shi)驗，并通過數值(zhi)模擬(ni)與(yu)試(shi)驗驗證了(le)該裝置(zhi)能有效提高傳熱(re)效率，縮短還原(yuan)時(shi)間(jian)。但(dan)經過長時(shi)間(jian)的運行，這(zhe)種豎(shu)(shu)罐(guan)工(gong)藝雖然(ran)比皮江法的還原(yuan)時(shi)間(jian)短，但(dan)存(cun)在物料容易氧化、罐(guan)體壽命(ming)較短和可靠性(xing)差等(deng)問題。之后在前期積累(lei)的經驗上，開發(fa)了(le)“上加(jia)(jia)料下出渣(zha)”的豎(shu)(shu)罐(guan)，打通了(le)工(gong)藝并實現了(le)工(gong)業化應用。

盡管(guan)豎罐工(gong)藝有(you)一定優勢，但仍暴露出了很多問(wen)(wen)題，包括料(liao)渣“粘罐”現(xian)象嚴重、加料(liao)時球團容易破碎和(he)還原時間長等問(wen)(wen)題。因(yin)此，豎罐法能否取代傳統(tong)橫罐工(gong)藝成為主(zhu)流，仍面臨挑戰。 

5.2 發(fa)展“相(xiang)對真空”煉(lian)鎂技術

實現連(lian)(lian)續化生(sheng)產是(shi)實現高質量煉(lian)鎂(mei)工藝的(de)前提(ti)，為此，許多人員紛紛對(dui)此展(zhan)開(kai)研究。國外學者提(ti)出，可以(yi)在流動的(de)氬(ya)氣中進行金屬鎂(mei)的(de)冶煉(lian)。因此，可以(yi)嘗試從這一方向來展(zhan)開(kai)研究以(yi)實現煉(lian)鎂(mei)工藝的(de)連(lian)(lian)續化。

東(dong)北大(da)學(xue)張(zhang)廷(ting)安教授等在(zai)(zai)預制球團(tuan)煉鎂(mei)(mei)(mei)(mei)工(gong)(gong)藝研究的基礎上，提出(chu)了(le)(le)一種快速連(lian)續煉鎂(mei)(mei)(mei)(mei)的方法，即“相對真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)”煉鎂(mei)(mei)(mei)(mei)技(ji)術。該(gai)技(ji)術是在(zai)(zai)流(liu)動(dong)(dong)惰(duo)性氣(qi)(qi)保護氣(qi)(qi)氛下(xia)進(jin)行(xing)高(gao)(gao)溫還原反應并產生高(gao)(gao)溫鎂(mei)(mei)(mei)(mei)蒸氣(qi)(qi)，最后通過惰(duo)性氣(qi)(qi)流(liu)將(jiang)高(gao)(gao)溫鎂(mei)(mei)(mei)(mei)蒸氣(qi)(qi)帶出(chu)高(gao)(gao)溫還原爐，進(jin)行(xing)連(lian)續冷凝，得到(dao)金屬鎂(mei)(mei)(mei)(mei)。該(gai)工(gong)(gong)藝中(zhong)由于(yu)還原過程是在(zai)(zai)流(liu)動(dong)(dong)的惰(duo)性氣(qi)(qi)氛環境中(zhong)進(jin)行(xing)，產生的高(gao)(gao)溫鎂(mei)(mei)(mei)(mei)蒸氣(qi)(qi)將(jiang)被(bei)流(liu)動(dong)(dong)的氣(qi)(qi)體攜帶走，因此(ci)可實現金屬鎂(mei)(mei)(mei)(mei)的連(lian)續生產，極大(da)地縮(suo)短了(le)(le)生產周期，同(tong)(tong)時大(da)大(da)提高(gao)(gao)了(le)(le)金屬鎂(mei)(mei)(mei)(mei)的回收率和(he)資(zi)源(yuan)利用率，并且此(ci)工(gong)(gong)藝中(zhong)惰(duo)性載氣(qi)(qi)可循環利用。郭軍華等對相對真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)下(xia)硅熱法煉鎂(mei)(mei)(mei)(mei)工(gong)(gong)藝進(jin)行(xing)了(le)(le)研究，并證實了(le)(le)相對真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)工(gong)(gong)藝的可行(xing)性，同(tong)(tong)時給出(chu)了(le)(le)相對真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)煉鎂(mei)(mei)(mei)(mei)的最佳工(gong)(gong)藝參數。在(zai)(zai)該(gai)工(gong)(gong)藝參數下(xia)，煉鎂(mei)(mei)(mei)(mei)過程中(zhong)氧化(hua)鎂(mei)(mei)(mei)(mei)還原率達到(dao)90 %以上僅需(xu)4 h，如下(xia)圖所示(shi)。

圖5.1 硅熱法(fa)煉鎂最佳(jia)工(gong)藝下氧化鎂的還原率

總體而(er)言，該方法取消了(le)真空(kong)系統(tong)以及(ji)真空(kong)還原罐(guan)，設備(bei)更(geng)簡單，操作更(geng)方便，有利于降低成本。此外，該方法的(de)(de)煉鎂(mei)時(shi)間(jian)較(jiao)短，可實現了(le)煉鎂(mei)工藝的(de)(de)連續生產，為(wei)高質(zhi)量(liang)煉鎂(mei)提(ti)供了(le)一種新的(de)(de)思路(lu)。

5.3 使用其(qi)他(ta)還(huan)原劑

在前文的介(jie)紹中(zhong)，目(mu)前已經有(you)許多還原(yuan)(yuan)劑(ji)被用(yong)(yong)于煉(lian)鎂(mei)工藝(yi)的開(kai)發。其(qi)中(zhong)，尤以利用(yong)(yong)碳作為(wei)(wei)還原(yuan)(yuan)劑(ji)煉(lian)鎂(mei)最為(wei)(wei)引(yin)人矚(zhu)目(mu)。這主要是因(yin)為(wei)(wei)使用(yong)(yong)碳作為(wei)(wei)還原(yuan)(yuan)劑(ji)生產鎂(mei)的成本與能耗(hao)極低（噸(dun)鎂(mei)CO2排放僅1.5 tce /t Mg，,能耗(hao)僅3.741 t CO2 /t Mg，成本僅2280元(yuan)/噸(dun))。為(wei)(wei)此(ci)，許多人員已經展開(kai)研(yan)究。

在(zai)國(guo)內，昆明理工大(da)學戴永(yong)年院(yuan)士(shi)團隊自上世紀90年代開始就致力(li)于真(zhen)空(kong)(kong)碳熱(re)法提取金屬鎂(mei)(mei)的(de)研(yan)究。鐘勝博士(shi)等(deng)對氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)真(zhen)空(kong)(kong)碳熱(re)還原進行(xing)了研(yan)究，得到了一(yi)些重要的(de)實驗數據，為后續的(de)研(yan)究奠定了基礎。李(li)志華博士(shi)等(deng)為了解決真(zhen)空(kong)(kong)條件下(xia)(xia)爐內的(de)噴料問題，使(shi)用(yong)煤(mei)與氧(yang)化(hua)鎂(mei)(mei)進行(xing)反應(ying)，利用(yong)煤(mei)的(de)結(jie)(jie)焦性能(neng)，提出(chu)了真(zhen)空(kong)(kong)焦結(jie)(jie)工藝，在(zai)1500 ℃的(de)高溫(wen)與15 ~ 20 Pa 真(zhen)空(kong)(kong)條件下(xia)(xia)，鎂(mei)(mei)蒸氣冷凝后可得到結(jie)(jie)晶形態(tai)較好的(de)結(jie)(jie)晶鎂(mei)(mei)。

圖5.2 半連續真空感應加(jia)熱(re)鎂還原爐

盡管研究(jiu)者們已經(jing)做了大(da)量的(de)研究(jiu)工(gong)作(zuo)，但(dan)碳熱法在工(gong)藝上仍有很大(da)的(de)困難(nan)。事實(shi)上，逆反(fan)應(ying)(ying)的(de)控(kong)制研究(jiu)工(gong)作(zuo)從(cong)20世紀30年代延續至今(jin)仍為“世紀難(nan)題”。但(dan)總之(zhi)，這些工(gong)作(zuo)將為以后的(de)工(gong)業化應(ying)(ying)用打下(xia)堅(jian)實(shi)的(de)基礎。

6 展(zhan)望

隨(sui)著傳統金屬資源的逐漸枯竭，鎂由(you)于其(qi)低密度、良好(hao)的導(dao)電性(xing)能(neng)以及延展性(xing)好(hao)等特性(xing)已經引起了(le)廣泛(fan)關(guan)注，并(bing)成(cheng)功(gong)應用于航空、航天和汽車制(zhi)造業等多個(ge)領(ling)域(yu)。皮(pi)江法是制(zhi)備(bei)金屬鎂的典型工藝(yi)(yi)，盡管該方(fang)法已經代(dai)表著當前世界最高(gao)水平，但與其(qi)它金屬品(pin)種相比較，皮(pi)江法工藝(yi)(yi)仍屬于高(gao)能(neng)耗(hao)、高(gao)污(wu)(wu)染(ran)行業。因(yin)此，應通過不斷(duan)優(you)化煉鎂技術，降(jiang)低原鎂冶煉成(cheng)本(ben)、能(neng)耗(hao)與污(wu)(wu)染(ran)。針對這一問題，目前可行的思路包括(kuo)：

（1）繼續(xu)優(you)化皮江法(fa)煉鎂工藝。使用豎罐來煉鎂等方法(fa)可(ke)以有(you)效降低生產原(yuan)鎂的能耗與成本，因此可(ke)以繼續(xu)加(jia)強對相(xiang)關技(ji)術的開發(fa)。

（2）使用“相(xiang)對(dui)真空”煉(lian)鎂(mei)工(gong)藝(yi)。該工(gong)藝(yi)是一項(xiang)很有潛力實現(xian)連續化產鎂(mei)的技術。但是需要(yao)重(zhong)視在載流氣體中鎂(mei)蒸(zheng)氣冷凝參數以(yi)及結晶(jing)狀(zhuang)態，以(yi)免粉(fen)狀(zhuang)鎂(mei)顆(ke)粒的產生，造成生產安全(quan)問題。

（3）使用(yong)其他還原劑。目前(qian)碳、電(dian)石(shi)等作為還原劑已經(jing)展現了良好(hao)的潛力(li)，因(yin)此可(ke)以在此基礎上繼續加強對相關技(ji)術的開(kai)發工作。