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本文對煅白真空碳熱還原法制取鎂反應過程進行了熱力學分析，在系統壓力30～100Pa，還原溫度1573K條件下，C與MgO反應生成鎂蒸氣;溫度達到1667K時，C與CaO反應生成CaC2，在此溫度條件下，CaC2也可與MgO反應生成鎂蒸氣。因此，煅白真空碳熱還原法制取鎂的過程，除了C直接還原MgO，還有C還原CaO生成CaC2參與還原反應制取鎂。另外，通過熱力學計算，真空條件下，碳熱還原過程中3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，SiC和CaS是可以產生的，而煤中的硫酸鈣和單質硫主要參與了生成CaS的反應。實驗結果分析表明:3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，SiC和CaS產物的生成與剩余物的X射線衍射(XRD)分析相吻合，驗證了熱力學計算的正確性。通過對冷凝物的XRD分析，冷凝物中大部分為Mg，有少部分的MgO是由于金屬Mg和CO蒸氣發生逆反應所得。
鎂及鎂合金材料是最輕的金屬結構材料之一，在航空工業、汽車工業和電子通訊工業中正在得到日益廣泛的應用。在中國，金屬Mg的生產方法主要是采用熱還原法技術。根據使用還原劑的差別，又分為硅熱法、碳熱法、鋁熱法等。硅熱法以硅(硅鐵)為還原劑，在真空條件下高溫提取金屬Mg，該方法能耗高，尤其在還原階段生產lkg鎂需要消耗標準煤5～6kg，占其整個鎂生產過程的60%～70%。而碳熱法以碳為還原劑，具有流程短、能耗小、成本低、生產效率高、污染小等特點，有很好的發展潛力。
對于真空碳熱還原法的研究，國外方面，最具有代表性的是Winand及其同事在1972-1976年所做的小型及擴大性試驗，小型試驗結果表明真空條件下碳熱還原氧化鎂提取鎂是可行的，還原溫度比常壓下大幅降低，而擴大性試驗成功和工業化生產未見相關報道;中國方面，昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室自上世紀90年代開始研究真空碳熱還原法煉鎂的新技術，經過20年的努力，研究取得了較大進展，基本解決了真空碳熱還原氧化鎂的理論問題，而對于真空碳熱還原煅白的研究，薛懷生作過此類實驗，但是他對于反應機理的分析還不夠透徹。因此，本文在此基礎上系統的、深入的對真空條件下碳熱還原煅白可能發生的反應進行了熱力學分析，并通過實驗研究，為真空碳熱還原煅白制取鎂提供基礎理論數據。
結論
(1)熱力學分析表明:在系統壓力30～100Pa，還原溫度1573K條件下，C與MO反應生成鎂蒸氣;溫度達到1667K時，C與CaO反應生成CaC2，在此溫度條件下，CaC2也可與MO反應生成鎂蒸氣。因此，煅白真空碳熱還原法制取鎂的過程，除了C直接還原MgO，還有C還原CaO生成CaC2參與還原反應制取鎂。
(2)通過熱力學計算，真空條件下煤中的硫酸鈣和單質硫主要參與了生成CaS的反應。在p系=80Pa條件下，CaSO4與C的起始反應溫度為538K;在pCO2/pCO=10、0.1、1/100和1/1000條件下，298～1200K溫度范圍內，CaSO4與CO的反應都可以發生。在pSO2/pS2=1/1000條件下，pS2=100，70和30Pa時，298～1800K的溫度范圍內，煅白中的CaO與S2蒸氣的反應都可以發生。
(3)實驗結果分析表明，3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、SiC和CaS產物的生成與剩余物的XRD分析相吻合，驗證了熱力學計算的正確性。通過對冷凝物的XRD分析，冷凝物中大部分為Mg，有少部分的MgO是由于金屬Mg和CO蒸氣發生逆反應所得。
熱處理展-工業爐展-2014第十五屆廣州國際熱處理、工業爐展覽會 |
