冶金过程强化论文Word下载.docx

冶金过程强化论文Word下载.docx

《冶金过程强化论文Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冶金过程强化论文Word下载.docx（11页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

指导老师：

XXXXXXXX

班级：

姓名：

学号：

XXXXXXXXX

摘要：

硅热法又称皮江法,是以白云石为原料、硅（铁）为还原剂、萤石为矿化剂,将煅烧后的白云石粉碎至200目左右,制成球团,装入还原罐,在1200℃左右的高温和小于13.3Pa的真空下热还原制得结晶镁,经精炼后再铸成镁锭。

20世纪80年代末期,皮江法在中国大陆得到了蓬勃发展,以连续40%的年平均增长速度,使中国成为世界生产金属镁的第一大国。

2004年全球原镁产量为64.4万吨,而中国原镁产量为45.0万吨,占了全球产量的69.88%,而中国镁产量的98%是用皮江法所生产。

关键词：

白云石强化

我国金属镁产量增大迅速。

1990年只有0.59万吨；

1999年镁产量达到12万吨，超过美国跃居第一；

2000年镁产量约为20万ｔ,几乎占世界产量的40%；

2006年镁产量达到61.3万吨，比1990年增长100倍。

我国镁工业发展之所以如此之快,一是改革开放的政策,市场经济调动了地方、集体、个体兴办炼镁企业的积极性;

二是由于热法炼镁工艺的改进,使其投资少、技术可行。

目前我国炼镁方法几乎全部是热法炼镁。

本文将从还原时间、温度、配硅比及制球压力等方面对镁产出条件的选择及优化进行研究。

1、硅热法炼镁的基本原理

1.1MgO还原的热力学原理

为了将镁从氧化镁中还原出来，只有用对氧亲和力大于镁对氧亲和力的物质作为还原剂才行。

通常，衡量氧化物亲和力大小的是氧化物的标准吉布斯自由能。

图1-1中绘出了一系列氧化物标准吉布斯自由能与温度的关系曲线。

从上面图可知：

各种氧化物的△G值均随温度的变化而变化，但变化的方向与幅度各不相同，有些曲线的相互位置都发生了变化。

从图还可推知，只有在温度超过2373℃以后，SiO2的稳定性才会高于MgO的，才能发生如下反应：

2Mg+O2=2MgO

（1）

Si+O2=SiO2

（2）

2MgO+Si=SiO2+2Mg（3）

计算表明：

在温度低于2000K时，用Si还原MgO根本就不可能。

1.2MgO·

CaO还原的热力学原理

从前面知道，用硅还原氧化镁时，如果常压则温度必须超过2373℃，这在实际中实现起来很难，并且在此高温下，SiO2与MgO会反应生成硅酸镁。

但是，根据热力学，如果反应过程中存在CaO，则还原温度可降到1750℃，下页的图中列出了某些复杂氧化物的吉布斯自由能与温度的关系。

从上图可知，当温度超过2060℃后，会发生如下反应：

4MgO+Si=2Mg+2MgO·

SiO2

此反应是一个造渣反应，可以降低反应温度，然而也降低了MgO的有效利用率。

当有CaO存在时，由于2CaO·

SiO2比2MgO·

SiO2更加稳定，所以可以发生：

2（CaO·

SiO2）+Si=2Mg+2CaO·

1.3MgO·

CaO真空还原的热力学原理

从前面知道，常压下还原MgO的温度超过2373℃，当有CaO存在时，还原温度可降至1750℃，这么高温度在工业上实现起来有相当难度。

那么，如果将常压改为真空状态，会怎么样？

下图是某些物质在不同真空度下吉布斯自由能与温度的变化关系。

就反应：

2MgO+Si=2Mg+SiO2而言，MgO、Si、SiO2均为固态，其活度为1，此时，吉布斯自由能的表达式为——△G=△G0+RTlnpMg

当反应中PMg＜101.325pa时，RTlnpMg为负值，△G＜△G0这有利于将反应的温度降低。

所以，硅热法炼镁，一般是在真空条件下进行。

2、影响还原效率及硅利用率的因素

2.1还原温度

右图为p＝1716．2×

105Pa，配硅比＝1．1时在不同的时间下，镁的还原效率与硅利用率随着温度变化而变化，图中虚线为镁的还原效率，实线为硅的利用率。

此外还标注了时间为1-2h时镁的还原效率与硅的利用率的数值。

上图表明：

1）随着温度的升高，在同一还原时间内，还原效率和硅的利用率都有不同程度的提高。

在低温区域内，镁的还原效率和硅的利用率与温度的关系近似为直线，曲线的斜度较大，也就是说，在低温区域内，同一时间内镁的还原效率与硅的利用率增加更为明显。

2）当温度超过1150℃以后，还原效率与硅利用率增加较少，曲线趋于平缓。

为了达到较高的镁的还原效率与硅的利用率，温度必须高于1150℃，但是，当温度超过1200℃以后，同一时间内的还原效率与硅的利用率增加也不多，由于还原罐的材质在高温下抗氧化的性能较小，故温度不能超过1200℃

所以，硅热法炼镁过程，最合适的还原温度X围是1150-1180℃，在这一反应温度X围内，镁的还原效率实验值可达93％-95％（还原时间为2h），工业生产中镁的还原效率可达85％以上（还原时间为8h），硅的利用率可达87％-88％（实验值），工业生产中硅的利用率可达70％—75％。

为了达到同样的还原效率，如果还原时间较短，则需更高的还原温度和进一步降低还原体系中的剩余压力（1—3Pa）。

2.2还原时间

在一定的还原温度与体系的剩余压力下，增加还原时间，可以使热传递的深度增大，还原反应彻底，从而，镁的产出率高，硅的利用率也高。

下图是配硅比＝1．1，P＝1716．2×

105Pa，在1100℃、1150℃、1200℃三种温度下，不同还原时间内镁的还原效率与硅的利用率变化。

图中的虚线为镁的还原效率，实线为硅的利用率。

上图表明，随着反应时间的延长，镁的还原效率和硅的利用率随之增加。

在反应开始阶段，镁的还原效率和硅的利用率增加较快，曲线的斜率也较大。

随着反应的进行，开始时反应速度很快，后来反应速度急剧减小，当反应进行一定时间后，曲线的斜率几乎为零，即反应速度近于零。

由此表明，还原反应进行一段时间后，反应速度很慢，再延长反应时间已经没有意义了。

对于不同的还原温度，达到最大镁的还原率的时间不同，1200℃时约为1．5h（实验值），工业生产时为7．6h，1150℃时约为1．75h（实验值），工业生产时为8．5h。

从图中还可以看出，提高还原温度比延长还原时间更能增加产量和提高硅的利用率。

但是在生产上由于还原罐材质受到影响，不能用提高还原温度来缩短还原周期（即缩短还原时间）达到高产的目的。

这样做势必缩短了还原罐的寿命。

所以在低于1180℃温度下还原可适当延长还原时间，但是绝对不能用提高温度、缩短还原时间来提高镁的还原效率和硅的利用率。

2.3制球压力

球团的真空热还原，在温度、还原时间、配料比一定的条件下，随着制球压力的增大，镁的产出率和硅的利用率增大。

但是，不同矿物结构的煅白，它有一个最佳的压力值，压型压力超过此值后，还原温度、还原时间、配硅比增大都对镁的产出率，硅的利用率影响不大，压型压力超过此值后，镁的产出率和硅的利用率反而降低。

上图为在1100℃、l125℃、1200℃）下，还原效率和硅利用率与压型压力的关系曲线（M＝1．1，还原时间为1．5h）。

图中虚线为还原效率，实线为硅利用率。

2．4配硅比的影响

还原过程中反应式：

2（MgO·

SiO2）+Si=2Mg+2CaO·

其配硅比（M）为Si／2MgO＝1

此时镁的产出率一定，而硅的利用率最大。

如果增大配硅比，则镁的产出率增大，硅的利用率降低，所以对硅热法炼镁而言，镁的产出率随配硅比的增加而增大，硅的利用率随配硅的增大而降低。

右图是在1100、1125、1150、1200，1716.2×

105Pa，τ＝1.5h时，还原效率、硅利用率与配硅比之间的关系曲线。

前图表明：

1）当配硅比（M）增加时，镁的还原效率随着增加，而硅的利用率却逐步减小

2）当M＝1．25以后，镁的还原效率增加很少，而硅的利用率则降低很多。

当M＜1时，硅的利用率基本上保持一定，而镁的还原效率却很低，尽管硅的利用率较高，但由于镁的还原效率太低，工业生产中是很不合算的。

因此最佳的配硅比应在M＝1．0--1．25之间。

在工业生产中配硅比应取多少为好，可以根据白云石结构、还原温度、还原时间、制球压力的条件确定，但更需要从经济角度来考虑，也就是说，应该考虑当时市场上硅铁与镁的比价，当硅铁价格较高时，选择M≈1，当镁的价格上涨时，则取≈1．25。

3.结语

硅热法炼镁技术虽是我国主流的炼镁技术，但它依旧能耗高，资源消耗大，环境污染严重,“废渣+废气”几乎没有处理，以牺牲资源与环境作为代价！

只有通过不断的实践，考虑各方面的技术要点，才能更好的在白云石中提取镁金属。

而除了以上提到的控制因素外，还有杂质、冶炼设备对整个流程的影响，需要我们更多的研究。

参考文献：

1．硅热法炼镁生产工艺学（中南大学，2003，X日瑶主编）

2．金属镁生产工艺学（中南大学，2003，X日瑶主编）