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1、第57卷第1期有色金属Vol57,No12005年2月NonferrousMetalsFebruary2005真空碳热还原氧化镁的热力学分析及实验验证李志华,戴永年,薛怀生(昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明650093)摘要:对真空条件下用碳还原氧化镁反应进行热力学分析,计算出不同条件下C还原MgO所需要的最低反应温度及相应的露点温度。结果表明,真空下用碳还原氧化镁得到液态冷凝镁的还原温度不应低于1352,对应的露点温度在651以上。
2、用自制的真空碳热炼镁小型真空炉,验证试验得到了块状的冷凝金属镁。关键词:冶金技术;金属镁;真空冶金;碳热还原;热力学分析中图分类号:TG14622;TF131;TF11113文献标识码:A文章编号:1001-0211(2005)01-0056-04镁是地球上储量最丰富的元素之一,在地壳表镁得到块状冷凝镁的条件,为以后的扩大试验提供层金属矿的含量为23%,海水中镁含量达21了较可靠的技术参数。经国际连机检索,国内外尚15[1]10t。镁合金具有优良的性能,广泛应用于汽车未见类似的报道。若工业化试验能够成功,将使目制造、
3、航空航天、光学仪器和计算机制造业等领域,前火法炼镁的生产成本降低近一半,从而促进我国[2]被誉为21世纪的绿色工程材料。目前世界上镁工业快速发展。镁的生产方法主要为电解法和热还原法,其中电解[3][3]1热力学分析法生产的镁占世界原镁产量的80%左右。我国是镁的资源大国,储量居世界首位。我国热法镁厂碳还原氧化镁的反应(3),是反应(1)和反应(2)主要采用皮江法炼镁,生产规模小而分散,技术比较的组合,由冶金物理化学计算出反应的标准自由能落后,质量不够稳定,随着近几年镁价的不断下跌,变化。反应平衡时,G=0,可以求出标准状态下许
4、多热法镁厂都陷入困境,因此,开发应用新的炼镁用碳还原氧化镁的最低还原温度。计算得到的T-0技术已列入国家十五重点发展计划。皮江法主要PMg和T-G数据如表1所示。受三个因素的制约:(1)采用硅铁做还原剂,成本较MgO(s)=Mg(g)+1/2O2(g)(1)0高;(2)还原罐价格昂贵且使用寿命短;(3)罐子容量G1=759814+308TlgT-3159T小,热效率低。碳作为一种常用的廉价还原剂,早已(1380~2500K)用于多种金属的生产,但用于镁的生产一直没有突C(s)+1/2O2(g)=CO(g)(2)破。二战期间
5、国外建了四个用碳还原法生产镁的工G02=-111713-8765T(298~2500K)厂,战后均停产,这四个厂都没有使用真空技术。上MgO(s)+C(s)=Mg(g)+CO(g)(3)个世纪50年代,一些国家的研究者作了一些工作。G0003=G1+G2最近的资料是美国人RWinand等于1972~1976=648101+308TlgT-40355T年作的小型试验和扩大试验,仍未取得适于生产的(1380~2500K)[4]结果。0由表1可知,反应的标准自由能G=0时,T设计一种新的真空炉用于炼镁新工艺,使用廉=215
6、4K(1881),即在大气环境中,温度要高于价的烟煤直接还原氧化镁来提取金属镁,改进了皮1881以上反应方能向右进行。江法炼镁的诸多弊端。经过热力学分析和小型试验在不同的还原温度,反应产生的PMg等于某一验证,认为该方法可行,并确定了真空碳热还原氧化温度下PMg时,该温度就称为对应反应温度下的露收稿日期:2003-10-30点温度。计算得到的反应温度-露点温度部分数据基金项目:云南省自然科学基金资助项目(2000E0026M)列于表2。作者简介:李志华(1977-),男,河南舞钢市人,博士,主要从事真反应温度与PMg大小有关,温
7、度高则PMg也增空冶金与材料方面的研究。大,露点温度就高,若露点低于或等于镁的熔点第1期李志华等:真空碳热还原氧化镁的热力学分析及实验验证570表1碳还原氧化镁反应的G和PMg凝器后,由于温度降低,镁蒸气成为过饱和状态,就可以冷凝下来。还应该指出,还原过程是在真空中进以及镁的纯物质饱和蒸气压PMg0Table1GandPMgofmagnesiumoxidereduction行的,实际上还原出来的镁蒸气不可能达到平衡,所withcarbonaswellasPMg以在还原区的镁蒸气压力P实际应比平衡蒸
8、气压低。T/Kt/P0Mg/PaPMg/PaG/kJ当进入冷凝器的镁蒸气压P实际>035kPa时,镁先97370055610-584610234505107380021510-338951033
