皮江法炼镁工艺中镁蒸气及杂质冷凝过程热力学分析

在皮江法炼镁还原过程中,K、Na、Ca、Fe、Mn、Si、Ni、Al等金属杂质会以蒸气形式进入结晶器与镁蒸气共同冷凝,其冷凝行为对结晶器结构设计及结晶镁纯度具有显著影响。基于热力学计算以及理论推断对上述金属杂质的冷凝行为进行分析。结果表明:(1)在皮江法炼镁过程中,球团表面产生的镁蒸气分压为805～3211 Pa,结晶器内镁蒸气饱和蒸气压<2.4 Pa,镁蒸气通过扩散进入结晶器,并且直接由气态冷凝为固态;(2)结晶器内饱和蒸气压较小的金属杂质Ca、Fe、Mn、Si、Ni和Al在靠近挡火板的区域冷凝成固态;饱和蒸气压较大的金属杂质K和Na在靠近罐口的钾钠捕集器上冷凝成液态,Mg在上述两区域之间冷凝;(3)还原区与冷凝区之间的操作条件存在匹配关系,镁蒸气的产出速率及相应冷凝行为因系统压力变化而发生变化,皮江法炼镁实现Mg液态冷凝需保持结晶区温度高于650℃,且系统压力处于350～805 Pa。