真空碳熱還原白云石制鎂的基礎研究

1、 真空碳熱還原白云石制鎂的基礎研究 重慶大學碩士學位論文 （學術學位） 學生姓名：汪 浩 指導教師：謝衛(wèi)東 教 授 專 業(yè)：材料加工工程 學科門類：工 學 重慶大學材料科學與工程學院 二 O 一三年五月 重慶大學碩士學位論文 中文摘要 I 摘 要 鎂及鎂合金被譽為最具潛力的“綠色工程材料”。 隨著鎂合金應用領域的快速

2、擴展，對原鎂的需求迅速增加，極大的促進了煉鎂技術的進步。目前金屬鎂的制備方法主要有電解法和熱還原法，但兩者都存在能耗高、污染大、成本高等問題。為提高熱還原制鎂還原率、降低成本、縮短工藝流程，探索經(jīng)濟、高效、環(huán)保的金屬鎂制備新途徑，本文重點研究了以廉價的碳作為還原劑的真空碳熱還原制鎂新方法；較為系統(tǒng)的研究了新方法的熱力學、動力學；通過碳熱還原實驗制備出金屬鎂，并對產(chǎn)物形貌及冷凝方式進行分析，主要研究內(nèi)容及結論如下: (1) 進行了白云石與

3、焦碳混合物料真空熱分解反應熱力學、 動力學的理論分析和實驗研究， 結果表明： 在 10~100Pa 的系統(tǒng)壓強下， 白云石與碳混合物料分解時，碳酸鎂、碳酸鈣加碳分解時的分解溫度比常壓下單純碳酸鎂、碳酸鈣的分解溫度分別低 85、412K，白云石與碳混合物料真空分解與白云石傳統(tǒng)高溫煅燒工藝相比具有顯著技術經(jīng)濟優(yōu)勢。 (2) 計算并分析了真空碳熱還原白云石分解產(chǎn)物的反應進行熱力學。結果表明： 在壓強為 10Pa 時， MgO、 CaO 碳熱還

4、原反應的臨界溫度分別為 1354K、 1532K，MgO 臨界溫度比 CaO 低 178K； 在壓強為 10Pa， 溫度為 1373K~1523K 時， 氧化鎂能被還原，而氧化鈣則不能被還原，碳熱還原白云石分解產(chǎn)物制鎂在熱力學上可行。 (3) 進行了真空碳熱制鎂實驗研究。結果表明：提高反應溫度、延長時間、降低壓強，添加 CaF2 等均能提高還原反應速度和還原率；溫度為 1423K-1473K 時，延長反應時間，還原率提高較小，溫度為 1

5、473K-1573K 時延長反應時間還原率提高較快，在 1573K 時反應 60min，還原率可達 83.7%，繼續(xù)延長時間，鎂還原率的增加不明顯。當 CaF2 添加量低于 5%時，氧化鎂的還原速度隨著 CaF2 添加量的增加而增大，當 CaF2 添加量高于 5%時，繼續(xù)增加 CaF2 時還原速度提高不明顯。 (4) 觀測、分析了碳熱還原制備的金屬鎂的成分、形貌及其成因。發(fā)現(xiàn)，在壓強 10Pa、溫度 1523K 下得到的金屬鎂呈片狀、針

6、桿狀等形狀，其中，片狀鎂的Mg 含量約 95%，主要出現(xiàn)在凝壁上端，較為致密，其成因估計為較好冷凝條件下核生長；而針桿狀產(chǎn)物鎂的鎂含量為 44.33%，表層被氧化，主要出現(xiàn)在冷凝壁下端，其微觀形貌呈羽毛狀，結構疏松，估計是由于冷凝區(qū)間存在垂直于冷凝壁的溫度梯度，從而形成沿著壁向內(nèi)部生長的羽毛狀鎂產(chǎn)。 (5) 采用等溫法， 研究了真空碳熱制鎂反應動力學。 結果表明， 在 1423~1573K溫度下，反應控速環(huán)節(jié)為碳氣化、界面反應、氣相擴散