Glavni proces proizvodnjemetalni magnezijje Pidgeonov proces.Fero silicij 75, zbog visokog sadržaja silicija i niskog sadržaja nečistoća, optimalan je izbor redukcijskog sredstva. Temeljni razlog za njegovu prikladnost je sljedeći:
Sadržaj silicija od 72%-80% osigurava potpunu reakciju redukcije, a cijena mu je niža od viših razreda silicija kao što je FeSi90, što uravnotežuje učinkovitost i ekonomičnost;
Pidgeon proces zahtijeva oštre uvjete od 1150-1250 stupnjeva i vakuum od 1-10 Pa. Kemijska stabilnost FeSi 75% izbjegava nuspojave, osiguravajući čistoću magnezijevog proizvoda;
U industrijskoj proizvodnji, 1,2-1,3 tone 75FeSi se troši za svaku tonu proizvedenog metalnog magnezija, što ga čini "jezgrom cijene i učinkovitosti" u topljenju magnezija.
Uloga i reakcijski mehanizam FeSi75 u topljenju magnezija
(1) Reakcija redukcije jezgre
Silicij u FerroSiliconu 75 djeluje kao redukcijski element jezgre, podvrgavajući se reakciji istiskivanja s kalciniranim dolomitom (CaO・MgO) kako bi se stvorio plinoviti magnezij i kalcijev silikat. Jednadžba reakcije je sljedeća:
Glavna reakcija:2MgO・CaO + Si (iz ferrosilicija 75%) → 2Mg↑ + Ca₂SiO₄ (temperatura 1150-1250 stupnjeva, vakuum 1-10Pa)
Termodinamička osnova:Standardna Gibbsova slobodna energija (ΔG stupanj) ove reakcije je -68kJ/mol na 1200 stupnjeva, što zadovoljava uvjete za spontanu reakciju; razlika u potencijalu elektrode između silicija i magnezija (Si4⁺/Si=-0.86V, Mg²⁺/Mg=-2.37V) osigurava redukcijski prioritet.
(2) Analiza procesa reakcije korak-po-korak
Predobrada sirovina: dolomit (CaCO₃・MgCO3) je kalciniran na 900-1000 stupnjeva da se razloži u kalcinirano bijelo (CaO・MgO);
Materijal za pakiranje i prešanje:Kalcinirano bijelo iFeSi75 prah(veličina manja ili jednaka 1 mm) miješaju se u omjeru mase 7:1, te se dodaje vezivo za prešanje u pelete (promjera 20-30 mm);
Smanjenje vakuuma:Peleti se pune u redukcijski spremnik i zagrijavaju do... Na 1150-1250 stupnjeva, pod vakuumom od 1-10 Pa, silicij reducira MgO kako bi se stvorila Mg para.
Kondenzacija i skupljanje:Pare Mg se hlade pomoću kondenzatora na vrhu redukcijskog spremnika, kondenzirajući se u čvrsti sirovi magnezij (čistoća veća ili jednaka 99,5%).
Rafiniranje i pročišćavanje:Sirovi magnezij se rafinira rastaljenom soli (npr. sustav NaCl-KCl-MgCl₂) kako bi se uklonile nečistoće u tragovima, dajući magnezij visoke-čistoće (veći ili jednak 99,9%).
Zahtjevi kvalitete FeSi75
Čistoća i sadržaj nečistoća 75# FerroSilicija izravno utječu na stopu oporavka i čistoću magnezija.
| Vrsta indikatora | Opseg zahtjeva | Utjecaj prekoračenja standarda |
| Sadržaj silicija (Si). | 72%-80% | 72%: Incomplete reduction reaction, magnesium recovery rate decreases by 5%-8%; >80%: Povećani troškovi, nema dodatnog poboljšanja učinkovitosti. |
| Sadržaj aluminija (Al). | Manje od ili jednako 1,0% (po mogućnosti manje od ili jednako 0,5%) | >1,0%: Povećava reaktivnost FeSi75, prekomjerno troši redukcijsko sredstvo i povećava potrošnju FeSi75 po toni magnezija za 5%-10%. |
| Sadržaj ugljika (C). | Manje od ili jednako 0,2% | >0,2%: Stvara se nusprodukt MgC₂, uzrokujući pad čistoće magnezija ispod 99%, što utječe na kasniju izvedbu obrade. |
| Sadržaj sumpora (S). | Manje od ili jednako 0,05% | >0,05%: Stvara MgS inkluzije s magnezijem, smanjujući plastičnost i otpornost magnezija na koroziju. |
| Sadržaj fosfora (P). | Manje od ili jednako 0,04% | >0,04%: izaziva krtost u legurama magnezija; neprikladno za-skupinske legure magnezija (kao što su legure magnezija za zrakoplove) |
| Veličina | Manje od ili jednako 1 mm (prah) | >1 mm: Nepotpuno miješanje s kalciniranim bijelim prahom, što rezultira nepotpunom reakcijom redukcije u određenim područjima i fluktuacijama učinkovitosti reakcije unutar posude od ±10%. |
Osnovni utjecaji FeSi75 na proizvodnju magnezija
(1) Utjecaj na stopu oporavka magnezija
Kada je sadržaj silicija od 75% FeSi 75%, a Al manji ili jednak 0,5%, stopa oporavka magnezija može doseći 85%-90%;
Kada sadržaj silicija padne na 70%, stopa oporavka pada na 78%-82%; kada sadržaj Al poraste na 1,5%, stopa povrata dalje pada na 75%-78%.
(2) Utjecaj na čistoću magnezija
Visoko{0}}kvalitetni FeSi75# (ukupne nečistoće manje ili jednake 1,5%) može proizvesti 99,7%-99,9% rafiniranog magnezija;
Ako sadržaj ugljika u FeSi75 prelazi standard na 0,3%, čistoća magnezija pada na 99,2%-99,5%, što zahtijeva dodatne troškove rafiniranja.
(3) Utjecaj na troškove proizvodnje
FerroSilicon75 čini 60%-70% troškova sirovina u topljenju magnezija. Fluktuacija cijene od 1000 RMB/toni odgovara promjeni od 1200-1300 RMB u cijeni po toni magnezija.
Iako je nabavna cijena legure ferrosilicija 75 s niskom{0}}nečistoćom (Al manje od ili jednako 0,5%) viša za 5%-8%, može smanjiti potrošnju redukcijskog sredstva i troškove rafiniranja, što rezultira smanjenjem ukupne cijene po toni magnezija od 3%-5%.
Strategije optimizacije za primjenu FeSi75 u topljenju magnezija
(1) Odabir sirovina i kontrola kvalitete
FeSi75-Al0.5stupanj (Al manje od ili jednako 0,5%) trebao bi biti prioritet, izbjegavajući upotrebu visoko-glinice i visokog-ugljika.
Dolazna inspekcija:Spektrometar se koristi za brzo otkrivanje ključnih indikatora kao što su Si, Al i C. Redukcioni testovi u malom-razmjeru provode se na uzorcima iz svake serije kako bi se potvrdila reakcijska aktivnost.
(2) Prilagodba parametara procesa
Veličina:Veličina čestica praha FeSi75 kontrolirana je na 0,1-1 mm, a ujednačenost miješanja s kalciniranim bijelim prahom veća je ili jednaka 95% kako bi se osigurao dovoljan reakcijski kontakt;
Uvjeti sniženja:Temperatura se stabilizira na 1200±20 stupnjeva, a stupanj vakuuma se održava ispod 5Pa kako bi se izbjegla nepotpuna reakcija FeSi75 zbog temperaturnih fluktuacija.
(3) Kontrola nečistoća i suzbijanje sporednih reakcija
Suzbijanje ugljika:Peletama se dodaje 0,1%-0,2% vapnenca (CaCO3) kako bi se suzbila reakcija ugljika s MgO da bi se formirao MgC₂;
Podrška za pročišćavanje:Usvojen je dvostruki proces "vakuumske redukcije + rafiniranja rastaljene soli" za uklanjanje tragova nečistoća koje uvodi FeSi75, čime se osigurava da čistoća magnezija zadovoljava standarde.
Trendovi u industriji: smjerovi nadogradnje FeSi75 u topljenju magnezija
Niska hibridizacija:
Vrhunske-legure magnezija (za zrakoplovstvo i elektroniku) imaju strože zahtjeve za nečistoće u leguri 75FeSi, što dovodi do povećane potražnje za posebnom legurom FeSi 75 s Al manjim ili jednakim 0,3% i C manjim ili jednakim 0,1%;
Ozelenjavanje:
Korištenje legure FeSi75 proizvedene zelenom električnom energijom može smanjiti emisije ugljika od taljenja magnezija za više od 50%, usklađujući se s globalnim trendom prema ugljičnoj neutralnosti;
Visoka učinkovitost:
Razvijanje "FeSi75 + rijetke zemlje"Kompozitni redukcijski agens može sniziti temperaturu redukcije za 50-80 stupnjeva i smanjiti potrošnju električne energije po toni magnezija za 800-1000kWh, poboljšavajući učinkovitost proizvodnje.
