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金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备生产金属钙的经济性

2018-02-28 10页 doc 25KB 32阅读

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金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备生产金属钙的经济性金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备生产金属钙的经济性 金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备 生产金属钙的经济性 摘要:本文阐述了金属钙的生产方法,氯化物熔盐电解法及铝热真空热还原法,以及用皮江法炼镁设备生产金属钙的经济性和组织年产金属钙1000吨规模的效益。根据金属钙的用途与市场,出口前景较好,皮江法镁厂引入批量金属钙的生产,正是良好时机; 关键词:金属钙生产、方法、设备、经济性 1、金属钙的生产方法 1.1、氯化物熔盐电解法 18世纪中(1855年)电解熔CaCl获得了金属钙,18世纪末(1896年)在工业上实现...
金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备生产金属钙的经济性
金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备生产金属钙的经济性 金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备 生产金属钙的经济性 摘要:本文阐述了金属钙的生产方法,氯化物熔盐电解法及铝热真空热还原法,以及用皮江法炼镁设备生产金属钙的经济性和组织年产金属钙1000吨规模的效益。根据金属钙的用途与市场,出口前景较好,皮江法镁厂引入批量金属钙的生产,正是良好时机; 关键词:金属钙生产、方法、设备、经济性 1、金属钙的生产方法 1.1、氯化物熔盐电解法 18世纪中(1855年)电解熔CaCl获得了金属钙,18世纪末(1896年)在工业上实现了这个方法。 1.1.1、氯化物熔盐电解法的原料 氯化物熔盐电解法用的原料是无水CaCl,无水CaCl2可用二种方法来生产。 ,温度下氯化CaO获得熔厂CaCl,其化学反应?在有炭存在时,在800~1000? 为: CaCO+C+Cl2=CaCl2+CO 2CaO+C+2Cl2=2CaCl2+CO2 3CaO+2C+3Cl2=3CaCl2+CO+CO2 ?六水氯化钙(CaCl2?6H2O)在NH3或HCl气氛下脱水获得无水CaCl2(固体)或熔融CaCl2(830~850?)。 由于CaCl2、6H2O在加热脱水时,于29.5?时会熔入自身的结晶水中,造成脱水困难,由CaCl2、6H2O脱水至低水CaCl2时(CaCl2?2H2O、CaCl2?H2O),CaCl2会发生水解反应生成CaO, 其反应为: CaCl2?6H2O= CaCl2?4H2O+2H2O CaCl2?4H2O= CaCl2?2H2O+2H2O CaCl2?2H2O= CaOHCl+HCl(气)+H2O(气) CaCl2?H2O=CaOHCl+HCl(气) CaCl2+H2O=CaOHCl+HCl(气) CaOHCl=CaO+HCl(气) CaCl2+H2O=CaO+2HCl(气) 而造成CaCl2的损失,为了避免CaCl2的水解,含水CaCl2的脱水应在氨气氛或HCl气氛下进行,才能获得纯度高的无水固体CaCl2或熔度CaCl2。 1.1.2、电解无水CaCl2的电解质组分及其作业条件 电解无水CaCl2时,为了获得高的电汽效率,电解质是由CaCl2与CaF2组成时,或电解纯无水CaCl2。 电解无水CaCl2时的作业条件为: ?电解温度820~830?; ?槽电压约25V(其中22V为电解质电压降,3V为极化反电动势,800?时,CaCl2的分解电压为3.2V。 在电解作业温度下,CaCl2的密度为2.048(800?),CaCl2的熔点为774?,金属钙的密度为1.542(200?),金属钙在电解质中的溶解度变为17%,这就使生产液态金属钙造成极大的困难,因此电解法生产金属钙是用水冷却的铁阴极生 2产钙棒(生产钙棒的铁质阴极的电流密度dk=80~100a/cm)。 1.1.3、电解熔融CaCl2的技术经济指标 下面列出的技术经济指标是指2000安培的电解槽(试验槽)而言的,如果是大电流强度的电解槽,其技术经济指标(指电流消耗与原料消耗)较优。 ?电能消耗3~4万度/吨钙; ?电流效率:75%; ?无水CaCl2的消耗为2.76kg/kg?钙(而实际上为4~4.5kg/kg?钙); ?棒状金属钙夹杂电解质量为15~20%; ?钙棒熔化后含钙为98.4~98.6%,其它为Fe、Al、Na、Si及电解质夹杂物; ?粗钙经过异华精炼后的质量为:99.50%Ca、0.02%Fe、0.15%Si。 1.1.4、电解熔融CaCl2生产Ca-Pb或Ca-Zn合金 金属钙除了作除气剂外,主要是供制造轴承用的Ca-Pb、Ca-Zn合金。那么我们可以直接用电解法电解熔融Ca-Zn来生产,即采用液态Pb阴极或液态Em阴极来电解熔融CaCl2,使阴极表面体出的Ca体阴极涂处扩散,与阴极金属Pb或Em形成Ca-Pb或Ca-Zn合金,并沉入电解槽底部合金聚积的坑中,然后定时用勺从聚积坑中出合金。 用液态Pb或Em阴极电解熔融CaCl2时,电解质中加有20%KCl来降低熔化温 ?,当定时出Ca-Pb、Ca-Em合金后,必须按生产量定度,故其作业温度为750 时加入Pb或Em,用这种方法生产Ca-Pb或Ca-Em合金,合金中的Ca量可达60~65%。从电解Pb+Ca、Em-Ca合金,倒入生铁铸模中铸锭,然后用水洗去合金锭表的电解质,凉干后即可入库。用这种方法生产Ca-Pb、Ca-Em合金、能耗低,原材料消耗低,成本低,是生产Ca-Pb、Ca-Em合金最简单的方法。 1.2、真空铝热还原法 用铝作还原剂、在高温、高真空中还原CaO生产金属钙,其还原反应为: 6CaO+2Al=3CaO?Al2O3+3Ca(1) 4CaO+2Al=Cao?Al2O3+3Ca(2) 33CaO+14Al=12CaO?7Al2O3+21Ca(3) 1.2.1还原条件 ?还原温度:1190~1250?; ?真空度:2.66~6.66pa; ?还原剂铝粒的细度:0.833pa ?还原时间:视还原罐中装料量的定,如果罐中装料为120kg,还原周期的时间为12~14小时。 1.2.2还原原料 1.2.2.1石灰(CaO)的生产 还原所需的石灰石用石灰石来生产 ?石灰石的品位:CaO>96% R2O3(Al2O3+Fe2O3)<0.5% SiO2<0.5%,K2O+Na2O<0.01%;水化活性度>30% ?石灰石的煅烧条件: 煅烧温度:视石灰石的矿物结构与块度而定,一般大于1200?; 煅烧时间:高温带停留时间小于3小时 ,石灰石的烧损率为43~44%,石灰灼减量小于0.3%。 1.2.2.2 铝粒的生产 还原用的铝应以一级铝锭为原料,在切削机和磨机中加工为0.833mm的铝粒。 其质量:Al>99%,Fe+Si+Ni<1.0%。 1.2.2.3萤石的加工 手用含CaF2>98%的天然萤石为原料,在球磨中细磨至粒度为0.074mm的萤石粉。 1.2.3炉料的原料 用铝作还原剂半还原CaO生产金属钙,通常按上述反应之一进行配料。如按反应(1)的配料,以100kg石灰为计算基础;铝粒的配入量可按下式计算: 6CaO+2Al=3Ca?Al2O3+3Ca 式中:M——为最佳配铝比; CaO%——石灰中CaO的百分含量 Al%——铝粒中的Al的百分含量 炉料中的萤石量,可根据生产实践或实验值来确定。 1.2.4炉料的加工(细磨与压球) 石灰、铝粒、萤石三种原料,可分别进行加工细磨,或采用混合磨成为炉料,然后在压球机中压成核状细球团,用牛皮纸袋包装后,即可送去还原。 1.2.5球团的真空热还原 温度下,并在2~7pa的真空度下进球团装入还原炉的还原罐中,在1200~1250? 行还原,钙蒸气在还原罐的冷凝器中冷凝,还原周期结束后,从冷凝口中取出粗钙,并压成钙棒,粗钙的质量为含Ca98.5~99%,粗钙的还原效率一般小于50%,粗钙经升华精炼后,可获得精钙,含Ca在99.5%以上。 2用皮江法炼镁的设备生产金属钙的经济性 用氯化物熔盐电解法或铝热法真空还原生产金各钙,都可以获得含Ca99.5%的金属钙。但是用氯化物熔盐电解法生产金属钙不仅能耗高,而且环境污染严重,用铝热还原法生产金属钙,不仅能耗低,还解决了环境污染的困惑。这甲着重提出用皮江法炼镁的设备来生产金属钙的经济性。我国皮江法炼镁的产能2004年已达75万中屯,产量达45万吨,可是我国金属镁出口价格不仅低迷,而且还存在反倾销税很多企业经济效益不高,甚至会有被停产和关闭的状态,如果利用皮江法炼镁的设备,在生产金属镁的同时,适量生产金属钙,不仅在设备上不用投资,不需改造厂房、改造工艺,就可组织生产金属钙,而获得较好的经济效益。 2.1皮江法炼镁与铝热真空还原生产金属钙在工艺上的共性如图1所示,图中表明,在这个共性工艺流程中,除了原料不同外,在工艺设备上完全是相同的,而且操作方法也相同,不同之处是工艺条件不同,而控制方法、生产管理也完全相同,因此用皮江法炼镁的设备来生产金属钙,应该说是最简单的,也是最经济的,只需要腾出一套设备,不需增添任何设备、工具仪表、也不需要改造设备、就可以组织生产而获得效益。 2.2皮江法炼镁与铝热法真空还原生产钙的技术条件对比 表1列出了皮江法炼镁与铝热钙的技术条件与设备,表1的数值表明,它们是设备相同,工艺技术条件也基本相似,进一步表明了,在共性工艺流程上,完全可以控制好这些技术条件,来达到生产的最佳效果。 1、白云石煅烧: 1、石灰石煅烧: 温度:1150,1200?; 温度:1200,1250?; 时间:高温段2,3h; 时间:高温段3h; 矿石粒度:回转窑:15,40mm; 矿石粒度:回转窑:15,40mm; 竖窑:80,200mm; 竖窑:80,200mm; 产物质量:烧损率:46.5,47.5%; 产物质量:烧损率:43,44%; 减量:,0.3%; 减量:,0.3%; 水化活性度:28,34%; 水化活性度:,30%; 2、配料: 2、配料: 按2(MgO?CaO)+Si=2Mg+2CaO?SiO 按6CaO+2Al=3CaO?AlO+3Ca 223反应配料,配硅比(M)值由生产确定。 4CaO+2Al=CaO?AlO+3Ca 23 硅铁品位:Si,75%; 33CaO+14Al=12CaO?7AlO+21Ca 23萤石:CaF,94% 反应配料,配铝比(M)值由生产确定。 2 铝品位:Al,98%; 萤石:CaF,94% 2 102目 3、炉料细度:石灰:100% —1003、炉料细度: 100% — 目 其中萤石:—200目 铝粒:20目 萤石:—200目 4、球团:用LYQ型压球机压球,油缸工作压力: 4、球团:用LYQ型压球机压球,油缸工作压力: 2 2 140,160 Kg5/cm;球团形状为核桃状 140,160 Kg5/cm;球团形状为核桃状 5、真空还原: 5、真空还原: 温度:1180,1190?; 温度:1200,1250?; 时间:周期8,10小时; 时间:周期12,14小时; 真空度:7,13Pa;(蒸汽喷射泵) 真空度:3,7Pa;(蒸汽喷射泵+机械泵) 还原效率:80,85% 还原效率:30,40% 6、粗镁精炼:采用熔剂精练; 6、粗镁精炼:采用升华精练; 温度:720,750?; 粗钙质量:99.5%Ca 精镁质量:99.98%Mg 粗钙可压制成棒或加工成钙粒后作为商品, 含钙:99% 2.3用皮江法炼镁设备组合生产金属钙的设备 用皮江法炼镁设备生产金属钙,最理想的设备组合为: ?石灰石煅烧:选用窑头扩大型的φ1.6/1.9×36~45M的回转窑(指年产金属钙1000吨而言), ?采用微机配料、磨拌混料采用φ1.2×2.4M球磨机; ?采用LYQ型对辊压球机,产能2t/h; ?采用24~28罐的单面双排还原炉,还原罐材质为HK-40(25Cr-20Ni)还原罐规格:φ内260×2700~3000mm。采用五级蒸气喷射泵串联真空机组。 ?异华蒸馏炉。 2.4利用皮江法镁厂设备,组织年产金属钙1000吨规模的经济性及效益 对年产3000吨金属镁的皮江法镁厂,空出部分设备来组织年产金属钙1000吨的生产工艺(相当于1000吨/年金属镁的生产设备),那么不需要投资,也不必改造,就可以投入生产(指能达到表1中生产金属钙的技术条件)。如果原有皮江法镁厂的设备性能较差,如回转窑产能低,真空系统真空度上不去,那么可以采用相应的办法来解决,如当地石灰公司购买石灰为原料,和还原炉再配置机械真空机组来提高系统真空度,也相应的减少了投资,简化了工艺。根据这个前提,对于一个年产1000吨金属钙的钙厂,就节约了近800万的投资,而且决定后可立即投入生产,缩短建设期一年,即节省了建设期的各项开支,又赢得了时间,这是非常合算的。 这里对年产1000吨金属钙的流动资金、销售收入、成本及利润进行初步估算,计算的原始数据: (1)暂不考虑镁厂所空出的厂房、设备的投资费、折旧费用; (2)年产金属钙1000吨,年生产天数按300天计,原料储存时间为15天; (3)还原剂可以用铝锭、废铝,这里采用废铝(98%Al)加工成20目的铝粒,按1.6万元/吨计,购买石灰按200元/吨计; (4)金属钙销售价按3万元/吨计,生产成本按2.1万元/吨计; (5)按原料计算,生产1吨钙,耗铝粒1.2吨,耗石灰4.5吨,铝粒与石灰的储存量按15天计算,储存费用为(即流动资金): 1000,300(1.6×1.2×15+4.5×0.02×15)=100.4万元 煤气(或天然气)每吨钙按耗煤10吨计,煤价按110元/吨计, 10×110=1100元/t-Ca 年生产成本:1000(1.6×1.2+4.5×0.02+0.11)=2120万元 年销售收入:1000×3=3000万元 未计入工人工资、流动资金利息、管理费及税收等费用时的年利润为:3000-2120=880万元 税收按利润的33%计(未计入工人工资、管理费、利息)的税后利润为:880-880×33%=589.6万元 年产1000吨金属钙,按年589.6万元的税后利润,再扣除工人工资、管理费、贷款利息及流利等费用占50%,那么,每年有294.8万元来偿还镁厂约800万元的建设费用,不到3年就可以全部偿还。由此看来,用镁厂的设备来组织金属钙的生产的经济性是较好的,在现时生产金属钙的效益较生产金属镁好。 3.钙的用途及市场 3.1用途 用铝热法生产金属钙(粗钙),其杂质含量在下面的范围内时,其用途为: 粗钙的杂质含量(mg/Kg): Fe 40,250; Er 10,15; Mn 100,250; Ni 30,120; Mg 1000,2500; K 5,200; Ne 5,100 (1)冶金工业上作脱氧剂、除气剂,可完全除去钢与铁中的硫(S)和磷(P); (2)作为生产铬、铀、钍等金属的还原剂; (3)可净化金属铅中的微量Al、Sb、Cu和Bi等杂质; (4)可与pb、Zn生产Ca-pb和Ca-Zn合金。 3.2市场 市场销售价为3万元/吨,国际市场伦敦到岸价为3900美元/吨,加工成钙粒后,国内市场出口价为4600美元/吨。金属钙市场需求量每年将以5%的速度增长,出口前景较好,镁厂引入金属钙的生产正是良好时机。 4.结论 (1)用铝热法真空还原生产钙较电解熔融氯化钙生产金属钙能耗低,生产成本低,还解决了电解法环境污染的困惑; (2)用皮江法炼镁的设备及工艺,引入铝热法真空还原生产金属钙可取得较好的经济效益; (3)国际市场对金属钙的需求量每年以5%的速度增长,金属钙的出口前景较好。 参考资料: [1]陈展献译,《轻金属冶炼学普通教程》,高等教育出版社,1954.12 [2]张中豪等,《矿冶》,2002.12.20卷.NO4 [3]徐日瑶编,《硅热法炼镁生产工艺学》,中南大学出版社,2003.7 [4]中国有色金属工业镁业分会,《中国镁业》,2005.NO2 [5]曹大义,《适用技术市场》,1998.2 [6]张中豪等,《化学世界》,2002.12
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