金屬鎂發(fā)現于18世紀初期,至今已有200年的歷史。由于鎂及鎂合金優(yōu)良的機械性能和物理化學性能,鎂在工業(yè)上的應用越來越廣泛,需求量也越來越高。因此,雖然從鎂的發(fā)現到如今只有短短200年的時間,其工業(yè)生產的時間也只有120年,但是金屬鎂冶煉技術得到了快速發(fā)展。
　　目前鎂冶煉的方法主要有兩種:1、從尖晶石、鹵水或海水中將含有氯化鎂的溶液經脫水或焙融氯化鎂熔體,之后進行電解,此法稱為電解法;2、用硅鐵對從碳酸鹽礦石中經煅燒產生的氧化鎂進行熱還原,此法稱為熱還原法。
　　電解法煉鎂的發(fā)展過程
　　1808年,科學家戴維以汞為陰極電解氧化鎂,在人類歷史上第一次制取了金屬鎂。18世紀30年代,法拉第第一次通過電解氯化鎂得到了金屬鎂。第一次世界大戰(zhàn)開始之前,法國、德國、英國和加拿大都實現了鎂的工業(yè)生產,但產量有限,大約年產量幾百噸,主要用于軍事方面。
　　19世紀80年代,才由德國首先建立工業(yè)規(guī)模上的電解槽,電解無水光鹵石生產金屬鎂,從此開創(chuàng)了電解法煉鎂的工業(yè)化時代。后經不斷在工藝和設備方面的改進,直到目前世界上采用的就是這種電解法。
　　電解法煉鎂的原理是在高溫下電解熔融的無水氯化鎂,使之分解成金屬鎂和氯氣。高溫情況下水對熔鹽性質的影響是致命的,因此,高純度的無水氯化鎂是電解法制鎂關鍵所在。依據所用原料及處理原料的方法不同,電解法煉鎂又可細分為以下幾種具體的方法:道烏法、氧化鎂氯化法、光鹵石法、AMC法、諾斯克法。
　　電解法因為其生產工藝先進,能耗較低的優(yōu)點,是一種極具發(fā)展前景的煉鎂方法。目前,發(fā)達國家80%以上的金屬鎂是通過電解法生產。
　　皮江法煉鎂的發(fā)展過程
　　由于金屬鎂的需求越來越大,電解法生產金屬不能夠滿足鎂的需求,因此催生了金屬鎂的熱還原法冶煉。第二次世界大戰(zhàn)期間,熱還原法生產鎂的技術迅速發(fā)展起來。
　　使用硅作為還原劑還原氧化鎂實現于1924年,但此時還未應用于工業(yè)生產。第二次世界大戰(zhàn)期間,意大利科學家發(fā)明了在真空高溫爐內用硅鐵還有白云石生產鎂的工藝;同期,奧地利科學家發(fā)明了用碳直接還原氧化鎂來生產鎂的亨氏格技術。第二次世界大戰(zhàn)以后,這些工藝用于工業(yè)化生產。
　　1941年加拿大教授L.M.皮江在渥太華建立了一個以硅鐵還原煅燒白云石煉鎂的試驗工廠,獲得了成功。1942年加拿大在安大略省的哈雷建成世界上第一座皮江法生產的硅熱法廠(年產量5000t),并取得成功成為煉鎂的第二大方法。為了紀念這位科學家的卓越成就,特命名為“皮江法”;又由于用硅鐵作還原劑高溫煉鎂,故又稱為“硅熱法”。皮江法經過不斷改進,成為熱還原法中使用最廣泛的方法,也是目前世界上生產鎂的主要方法之一。
　　皮江法煉鎂的實質是在高溫和真空條件下,有氧化鈣存在時,通過硅(或鋁)還原氧化鎂生成鎂蒸氣,與反應生成的固體硅酸二鈣(2CaO·SiO2)相互分離,并經冷凝得到結晶鎂。該工藝過程可分為白云石煅燒、原料制備、還原和精煉四個階段。
　　由于皮江法煉鎂可以直接采用分布廣泛、儲量豐富的白云石資源作原料;能利用天然氣、煤氣、重油和交流電等為熱源;工藝流程和設備較簡單,建廠投資少,生產規(guī)模靈活;成品鎂的純度高等特點;其爐體小,建造容易,技術難度小,因此,皮江法在我國得到了廣泛的發(fā)展和應用。到目前為止,皮江法仍是我國主要生產金屬鎂的方法。
　　皮江法和電解法的優(yōu)缺點及其發(fā)展
　　對于皮江法來說,其工藝流程和設備較簡單,建廠投資少,生產規(guī)模靈活;成品鎂的純度高等特點;其爐體小,建造容易,技術難度小;并且可以直接利用資源豐富的白云石作為原料。主要缺點在于熱利用率低、還原罐壽命短,還原爐所占的成本較大, 屬于勞動密集型,生產過程不連續(xù)。
　　針對以上缺點,對其進行了一系列技術改造。改進還原罐結構、采用新型保溫材料、切斷熱短路、提高內部介質的綜合導熱系數;改進爐型,比如采用水煤漿對還原罐底部加熱,使其受熱均勻。使用蓄熱燒嘴等新型燒嘴,對排放的廢氣進行回收利用;采用現代化的控制技術,采用機械化裝卸料設備等等。
　　與皮江法相比,電解法煉鎂具有節(jié)能、產品均勻性好、易于大規(guī)模工業(yè)化生產、生產過程連續(xù)、生產成本比皮江法低等優(yōu)點,屬于能源密集型產業(yè)。但是,電解法也有以下不足之處:無水氯化鎂制備的生產工藝較難控制;水氯鎂石脫水需要較高溫度和酸性氣氛,使得能耗大,設備腐蝕嚴重;電解法生產過程排放的廢水、廢氣和廢渣,對環(huán)境造成污染,處理費用大。
　　針對上述缺點,也有一些相應的措施,通過將電解的原材料由粒狀氯化鎂經過無水氯化氫脫水轉變?yōu)樗蚵然?a href=http://nicastaneda.com target=_blank class=infotextkey>鎂,從而降低了能耗。
　　金屬鎂對于人類的生產生活有著極為重要的作用和影響,因此金屬鎂冶煉工藝的改進對社會的發(fā)展也有著深遠的意義,需要進行不斷探索。