銅-硅熱還原制鎂的基礎(chǔ)研究.pdf

1、金屬鎂的生產(chǎn)主要有電解法和熱還原法。熱還原法制鎂是當(dāng)前的主要工藝，其中又以皮江法的應(yīng)用最廣泛。皮江法制鎂具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量高，建設(shè)投資低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也存在資源消耗高、還原周期長(zhǎng)等問(wèn)題，致使金屬鎂制造成本高，影響金屬鎂產(chǎn)業(yè)及下游鎂合金產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。
　　 本文分析了熱還原制鎂中的傳輸現(xiàn)象；研究了以銅－硅合金為還原劑的固－液真空熱還原制鎂新方法，分析了反應(yīng)過(guò)程的熱力學(xué)；探討了銅－硅還原中混合物料的離析現(xiàn)象，提出了調(diào)控混合

2、物料離析速度的方法以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)階段和助熔組分分離再利用階段對(duì)離析過(guò)程的不同要求，進(jìn)行了銅－硅熱還原制鎂實(shí)驗(yàn)研究，成功制備出了金屬鎂。充分利用離析分離渣相和助熔組分的方法，并進(jìn)行了助熔組分與渣分離的實(shí)驗(yàn)研究。
　　 ①基于Fe－Si相圖、Cu-Si相圖，分析了皮江法制鎂、銅－硅熱還原制鎂中還原劑的物態(tài)，結(jié)果表明：在還原溫度為1373 K，硅鐵處于固態(tài)，皮江法制鎂還原反應(yīng)主要為固－固反應(yīng)；初始硅含量低于35％的條件下，銅－硅真空熱還原

3、制鎂的還原反應(yīng)幾乎全過(guò)程保持液態(tài)，還原反應(yīng)基本為固－液反應(yīng)。
　　 ②銅－硅熱還原制鎂的主要反應(yīng)式為：2MgO(s)+2CaO(s)+[Si]Cu(l)=2Mg(g)+2CaO·SiO2(s)；在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，臨界反應(yīng)溫度高達(dá)2390K，反應(yīng)溫度高，工業(yè)上難于實(shí)施。在真空環(huán)境中，臨界反應(yīng)溫度隨系統(tǒng)氣壓的降低及Cu-Si中Si含量增加而降低；在Cu-Si合金中的Si含量為35％，氣壓為13.3Pa條件下，銅-硅熱還原制鎂的臨界反應(yīng)

4、溫度為1369K。普通真空硅熱還原制鎂(皮江法)的溫度(1473K)和氣壓(13.3Pa)條件下，當(dāng)Cu-Si合金中的Si含量高于0.034％wt時(shí)，Cu-Si熱還原制鎂具備熱力學(xué)可行性。
　　 ③銅-硅熱還原反應(yīng)混合物料中煅白和Cu-Si合金熔體的密度差較大，混合物料可應(yīng)重力而離析。反應(yīng)過(guò)程中離析會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物之間接觸幾率降低，惡化反應(yīng)進(jìn)程；反應(yīng)結(jié)束后渣相的快速離析則有助于助熔組分的快速分離并利用。分析銅-硅熱還原中反應(yīng)混合物料

5、離析影響因素，提出將反應(yīng)混合物制成糊狀以減緩離析的方法，進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。分析了助熔組分與反應(yīng)殘余渣相的分離特性并進(jìn)行了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，助熔組分銅的回收率達(dá)到了97％。
　　 ④銅-硅熱還原鎂實(shí)驗(yàn)中，在真空度為13.3Pa，以20℃/min的速度加熱到1373K，保溫反應(yīng)30min，得到了金屬鎂，反應(yīng)的還原率為67.3％；較之相近真空度、反應(yīng)溫度下的硅-鐵熱還原制鎂反應(yīng)時(shí)間120min、還原率52.4％，銅-硅熱還原制鎂新方法在生