有色金属冶炼-镁冶炼镁冶金

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1、1有色金属冶金学Non-ferrousMetallurgy朱骏zhujun@metall.ustb.edu.cn有色金属冶金系北京科技大学冶金学院MagnesiumMetallurgy镁冶金（二）22.3ThermalReductionMethods根据还原剂的不同，热还原法炼镁可分为三种：碳热还原法以木炭、煤、焦炭等碳质材料作为还原剂，反应式：此反应是可逆反应。标准状态下，温度高于1850℃反应向右进行；低于1850℃时则向左。因此，为了防止冷却时，镁被CO氧化为MgO，需用大量与镁不反应的中性气体(如氢气)将混合气体产物带出

2、高温区急冷下来。故虽然此法的还原剂较便宜，但由于生产时需要大量氢气以及安全问题，目前已停用。3碳化物法其反应式为：添加少量萤石(CaF2)粉能加速反应过程。反应在900~1100℃及100Pa下进行，镁的收率可达到65%。但由于CaC2的活性较低，又易吸湿，物料流量大等原因，此法目前也已停用。4金属热还原法用金属或合金作为还原剂的热还原过程。其反应通式能用作还原剂的金属很多。但从经济方面考虑，工业上主要用含Si75%的硅铁合金(Ferrosilicon)作还原剂，此时硅铁中的硅起还原作用，铁不起作用。此时又叫做硅热法(Silic

3、othermicProcesses)。在某些场合也用铝硅合金作还原剂，此时硅和铝都起作用。52.3.1硅热法炼镁的基本原理6B、艾汉林图上标准生成自由能是指在标准状态下，即参与反应的气态物质分压为0.1MPa，而固态或液态物质的活度均为1时的生成自由能。C、如果参与反应的物质不是处于标准状态，则反应的自由能变化值G应为：G=G0+RTlnp式中，RTlnp—反应自由能变化值的修正值。在aMe+O2=bMeO(O2为0.1MPa)形式的反应中，自由能变化值的修正值为RTlnpb(MeO)/pa(Me)·p(O2),其中pO2

4、=0.1MPa当MeO为固态，Me为气态时，则G=G0-RTlnpa(Me)由此可见，当金属Me的原始压力小于0.1MPa时，RTlnpaMe为正值,G0值为负值，结果使G值的负值减小即自由能改变值曲线向上移动。对于反应2Mg+O2=2MgO，当其原始Mg分压小于0.1MPa时，曲线位置向上移动,意味着硅还原氧化镁的可能性增大。7计算：(1)2MgO(s)+Si(s)=2Mg(g)+SiO2(s)ΔG0=572.28-0.24TkJ/mol反应开始温度T1=？(2)2(CaO·MgO)(s)=2CaO(s)+2MgO(s

5、)ΔG0=0kJ/mol2CaO(s)+SiO2(s)=(2CaO)·SiO2(s)ΔG0=-80.07-0.03TkJ/molSi(s)+2(CaO·MgO)(s)=2Mg(g)+(2CaO)·SiO2(s)反应开始温度T2=？8常压下用硅还原温度需超过2100℃，当还原后的SiO2与MgO造渣生成2MgO·SiO2渣时，还原温度降至1790℃，如果炉料中有CaO存在，能造成2CaO·SiO2渣，还原温度降至1550℃。因此，用硅（铁）还原白云石时，生成了稳定的化合物二钙硅酸盐，此时还原起始温度降低约600℃，所以用白云石做原

6、料是有利的。9Si(s)+2(CaO·MgO)(s)=2Mg(g)+2CaO·SiO2(s)ΔG0=492.21-0.27TkJ/molΔG=ΔG0+RTln(pMg/p0)2欲使反应在1200℃下顺利进行，pMg=？10用硅还原氧化镁（白云石）的平均温度随压力的减小而降低。剩余压力/Pa平衡温度/℃101325237513331700133.3143013.31235镁的热法实际上是真空还原法,采取温度1100~1250℃和真空度13.3~133.3Pa，可顺利还原出镁。真空除了能够降低还原的操作温度之外，还能防止还原剂硅和产

7、品镁被空气氧化。11硅铁合金(含75%Si）在高温和真空下还原白云石中的MgO，得到纯镁和硅酸二钙盐熔渣的反应是：2(CaO·MgO)(s)+Si(Si–Fe)(s)=2Mg(g)+2CaO·SiO2(s)Si+O2=SiO22Mg+O2=2MgO2MgO+Si=2Mg+SiO2122.3.2硅热还原法生产实践按所用设备不同,分为:皮江法(PidgeonProcess),巴尔札诺法（BalzanoProcess),玛格尼法（MagnethermProcess)13(1)PidgeonProcess（1940年）生产流程特点：还原

8、设备结构简单，容易操作管理；可利用多种能源进行还原生产不足：热利用率低，产能低，还原罐价格昂贵，成本远高于电解法14原料与工艺参数白云石（Mg不低于30%，在回转窑内煅烧(1350℃），硅铁（Si75%),CaF2(萤石)(质量分数2.5%),熔剂反应式：设备蒸