新型真空热还原法制镁工艺分析

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1、第26卷第4期有色矿冶V01．26．№42010年8月NoN—FERROUSMININGANDMETALLURGYAugust2010文章编号：1007—967X(2010)04—0039—03新型真空热还原法制镁工艺分析胡文鑫，刘建，冯乃祥(东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004)摘要：通过对真空条件下Al—si—Fe合金还原白云石煅白的热力学分析及实验研究，得到真空条件下还原反应的吉布斯自由能及反应临界温度，确定工艺可行性；所进行还原实验的结果表明：在还原温度1443K、还原时间2h、真空度4Pa、制团压力50MPa条件下，可获得86．4％的镁收

2、率，相比同等条件下硅热法镁还原率仅为73．9％。关键词：真空热还原；镁冶炼；AI—Si—Fe合金；热力学分析中图分类号：TF803文献标识码：A12CaO·7A12O3(S)(1)l刖舌2MgO(S)+2CaO(S)+[si]=2CaO·SiO2(S)金属镁及其合金因具有质轻、比强度高、切削性+2Mg(g)(2)好、易于回收等优点，已广泛与航空航天、电子等专式中[si]、[A1]表示Al—si—Fe合金中参与反业和民用领域，市场需求量巨大。我国白云石、菱镁应的活性部分。矿资源丰富，通过真空热还原法生产镁是当前的主要工艺，当中又以硅热法的应用最为广泛¨j。但

3、宙硅热法炼镁能耗较高：在还原阶段，每生产1t镁需i消耗标准煤8～10t，同时热效率很低，最终污染物鳗排放严重；硅热法由于为固一固反应类型，加之还原剂活性不足，导致还原阶段周期较长(多为8h以上)，还原温度需高于1200℃；在真空、高温条件下，还原罐性能下降严重，损耗大，造成生产成本高昂_4J。因此从资源利用、环境保护、成本合理控制图1反应残渣的XRD图谱Fig．1TheXRDpatternofreductionresidue方面出发，该法已不符合当前绿色冶金的发展趋根据反应(1)，(2)中各物质的吉布斯自由能变势。针对硅热法所存在的问题，本文采用Al—Si

4、—数据，设计热力学循环，可以得到反应(1)，(2)的吉布斯自由能变AG和AG分别为：Fe合金作为还原剂，对工艺进行了理论分析，并与硅热法炼镁过程进行比较。重点考查在保证较高镁AG=3559090—2268．55T(3)收率的同时，降低生产能耗、提高热能效率、缩短还AG=441840—249．9T(4)原反应周期以及降低生产成本。由式(3)，(4)计算得：在常压条件下，当T=1569K时，AG=0；当T=1768K时，AG=0。本文2Al—Si—Fe合金热法制镁工艺热力所用Al—Si—Fe合金成分为：Al28．83％，Si学分析41．10％；Fe16．6％。

5、根据Al—si—Fe合金三元活根据对实验结束后固体残渣进行的XRD衍射度计算模型J，及1273K时Al—si—Fe三元合金分析得出(图1)，残渣主要由12CaO·7A1O、—液相区的等活度线数据，结合按近似正规溶液模型2CaO·SiO，未反应的MgO和CaO组成，故还原过中的活度系数与温度关系：：，计算得到程按下述反应进行：IJYf1，221MgO(s)+12CaO(s)+14[A1]=21Mg(g)+在本实验还原温度1273—1443K范围内，合金组收稿日期：2010—05—24作者简介：胡文鑫(1984一)，男，内蒙古锡林浩特市人，博士研究生，有色金属

6、冶金专业。有色矿冶第26卷元AI，Si，Fe活度如表1所列。3．1实验原料及设备表1不同温度下Al—Si—Fe合金中各组元活度实验原料为白云石、Al—si—Fe合金、75％SiTable1Activity0fcorrtponerdsinAI—si—alloyatdiferentteⅡp呦t1—Fe合金。白云石与Al—si～Fe合金成分如表2，表3所列。实验装置主要由CKW一3100温度控制器、立式硅碳棒炉、Cr25Ni20Si2材质不锈钢反应罐、冷凝装置、真空系统组成。表2白云石的化学成分在还原过程中，镁以气态形式生成，在真空条件Table2Chemica

7、lcompositionofdolomite下可使反应(1)、(2)的临界反应温度大幅下降；在塑堕!基丝本实验真空体系中，可取反应体系真空度P数值含量(％)22．O129．511．030．210．54大小等于镁蒸气压P。当体系真空度为4Pa时，表3A1一Si—Fe合金的化学成分反应(1)、(2)的吉布斯自由能变为：．Table3ChemicalcompositionofA1一si—FealloyAGl=△G+RTln[(PM／P。)／(aAl／a。)¨](5)AG2=AG+RTln[(PM~／P。)／(asi／a。)](6)3．2实验方法式中，P。=101

8、325Pa，a。=1mol／L。实验中将白云石在1060℃条件下煅