金属镁是近几十年才发展起来的新型轻质耐腐蚀金属材料,镁在许多领域都获得了广泛应用,成为重要的资源。我国云南元江红土镍矿含镁高,储量丰富,其mgo 含量为28%,而镍平均含量0.83%,但在近年来的研究开发中,仅专注于金属镍的回收,而对矿中经济价值约为金属镍价值2 倍的金属镁,却在火法冶炼中,常被配入的cao 造渣降熔点而除去。这样,不仅浪费了资源,也给环境带来较大负担。如何实现从这种红土镍矿中提取出金属镁,显然具有节能环保的重要意义。为此,云南锡业有限公司研究设计院,在分析了红土镍矿的原料成分的基础上,开展了用碳热还原法从红土镍矿中提取金属镁的热力学研究,取得了一些值得注意的成果。
经分析,云南元江红土镍矿成分如下(wt%):ni:0.8~1.0,co:0.04~0.08;fe:12,mgo:28,sio2:35,cao:<0. 5,al2o3:3,h2o:10.0~20.0。该研究院对红土镍矿的处理过程如下:对红土镍矿在1023k 进行恒温60 min 焙烧预处理→将其与一定量的还原剂煤及添加剂混匀→在制球机压力约为4mpa 下制备球团→将球团置于内热式反应器内,在真空压力约为10 ~ 20pa,温度为1473 k~1523k 下反应90min→在冷凝区域得到金属产物。对所得冷凝物进行检测分析,结果显示,该冷凝物含金属镁的平均含量达98.5% 以上,此外还含少量氧及硅。据此可知,用热还原法从红土镍矿中提取金属镁是可行的。
研究表明,碳热还原提取金属镁过程主要由mg2sio4、fe2o3、mgsio3、mgfe2o4及少量nio 等参与反应。热力学分析表明,常压下mg2sio4与mgsio3碳热还原生成金属镁蒸汽与sio 气体的温度均在2173k 以上,而mg2sio4与mgsio3碳热还原生成金属镁蒸汽与sic 的温度却在2073k 左右,因此,镁硅氧化合物碳热还原过程提取金属镁优先于生成sic 的反应。在真空压力为10pa 的条件下,各反应初始温度均显著降低。mg2sio4与mgsio3碳热还原生成金属镁蒸汽与sio 气体的温度均在1423k 以上,而mg2sio4与mgsio3碳热还原生成金属镁蒸汽与sic 的温度却在1323k 左右。