实验五`硅热还原法炼镁的热力学分析

实验五、 硅热还原法炼镁的热力学分析

【实验性质】 网络平台实验 ；学时：2

1实验目的

掌握标准状态和非标准状态时化学反应等温方程式的计算方法及应用，能分析温度、活度、分压等因素对化学反应方向的影响；理解硅热还原法炼镁的热力学原理。掌握FactSage 软件的Reaction 模块的主要用法。

2实验原理及内容

工业上目前生产金属镁的主要方法为硅热还原法，其主要过程为在1100-1300C 的高温、真空条件下利用硅铁从含MgO 的白云石中还原获得金属镁。主要反应为

MgO + 0.5 Si= Mg(g) +0.5 SiO 2

当温度为T 时，该反应的等温方程为：

其中：

本实验通过对标准态、非标准态时等温方程的计算，说明如何利用真空能使一个大气压下难以进行的反应在真空条件下得以顺利进行。

计算内容：

2.1标准状态时，Si 还原MgO 反应的还原温度；

2.2非标准态时，研究温度对Mg(g)平衡分压的影响

2.3非标准态时，研究SiO 2活度对平衡Mg(g)分压的影响

3主要操作步骤

FactSage 软件的Reaction 模块可以很方便地计算标准态或非标准态时化学反应，其主要包括两个步骤：1）设定化学反应方程式；2）设定计算条件。需要注意的是在计算之前需要设定计算所使用的热力学数据库。

200000()0.50.5r SiO Mg g Si MgO G G G G G Δ=Δ+Δ?Δ?Δ2()0.500.5ln g SiO Mg r r Si MgO a P G G RT a a ?Δ=Δ+

?

3.1 标准状态时，Si还原MgO反应的还原温度

3.1.1首先选择数据库：选用Fact53纯物质数据库

3.1.2输入反应方程式：注意选择各物种的物相以及去掉非标准态的选项

3.1.3 输入计算条件：设定deltaG=0,来计算标准态的还原温度

3.2 非标准态时的计算

3.2.1不同温度时Mg(g)的平衡分压

在输入反应方程式时，选中非标准态的选项；设定Mg(g)分压为P

下一步：设定计算的温度区间为1000 2000 100，表示所计算温度为1000K到2000K，步长为100K；再设定Delta G=0

3.3 分析SiO2活度对平衡Mg(g)分压的影响

由SiO2-MgO相图可以知道，该反应的产物不可能为纯SiO2,而只能为(MgO)2SiO2，因此首先计算(MgO)2SiO2中SiO2的活度。

下一步，使用计算所得的1423K时SiO2的活度0.006317来计算1423K时Mg(g)的平衡分压：首先在化学方程式选中non standard states，输入SiO2活度0.00631

其次在计算条件中设定温度为1423K，Delta G为0

4 讨论

4.1 按照分析SiO2活度的类似思路，通过计算分析使用白云石为原料时，CaO的引入对Mg(g)平衡分压的影响。

4.2 通过计算，分析使用硅铁中硅的活度对Mg(g)平衡分压的影响。

4.2 分析硅热还原法炼镁的热力学可能性（温度与真空度）。

4.3 总结在冶金反应过程中，为实现标准态下不能进行的反应，常用的手段有哪些。

镁的冶炼方法主要分为两种

镁的冶炼方法主要分为两种：一是硅热还原法;二是电解法。目前国内的原镁厂家大都采用硅热还原法中的皮江法，以下就比较成熟的皮江法作简单的介绍。 皮江法生产金属镁是以煅烧白云石或菱镁矿石为原料、硅铁为还原剂、萤石为催化剂，进行计量配料。粉磨后压制成球，称为球团。将球团装入还原罐中，加热到1200℃，内部抽真空至13.3Pa或更高，则产生镁蒸气。镁蒸气在还原罐前端的冷凝器中形成结晶镁，亦称粗镁。再经加熔剂精炼，产出商品镁锭，即精镁。 皮江法炼镁生产工序： （1）白云石煅烧：将白云石在回转窑或竖窑中加热至1100～1200℃，烧成煅白（MgOCaO）。 （2）配料制球：将煅白、硅铁粉和萤石粉计量配料、粉磨，然后压制成球。 （3）还原：将料球在还原罐中加热至（1200+10）℃，在13.3Pa或更高真空条件下，保持8～10小时，氧化镁还原成镁蒸气，冷凝后成为粗镁。 （4）精炼铸锭：将粗镁加热熔化，在约710℃高温下，用熔剂精炼后，铸成镁锭，亦称精镁。 （5）酸洗：将镁锭用硫酸或硝酸清洗表面，除去表面夹杂，使表面美观。 镁合金的冶炼技术 镁合金熔炼工艺的关键是阻燃保护，其次是必须进行精炼处理以去除镁合金熔体中的金属杂质和非金属杂质夹渣及有害气体。 （1）准备工作 备齐工具，检查坩埚，清理炉膛内渣子等杂物，检修电阻丝，保证测温热电偶处在正常位置，使电气控制和自动控温正常，灵敏准确； （2）坩埚、炉料预热 炉料预热去除水分，防止爆炸等安全事故，同时减少炉料中水分带入合金液中的气体含量增加。 （3）装料熔化 在已预热的坩埚中加入预热的炉料，升温熔化。 （4）合金化和精炼 待温度升到熔化温度以上镁锭熔化后加入中间合金，并充分搅 拌使之均匀，再升温至适当的温度，向熔液中撒入精炼剂精炼。此过程关键是要控制好合金加入量和精炼的温度，这是由不同种类的合金决定的。 5）静置

真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究

真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究(1) 时间:2009-11-19 来源:昆明理工大学真空冶金国家工程实验室编辑:刘红湘 随着现代工业的飞速发展，传统金属资源已濒临枯竭，寻找和开发新的金属资源已势在必行。金属镁由于其优良的物理性能和机械加工性能，正以“时代金属”的角色出现在冶金材料的舞台上，再加上其丰富的蕴藏量，被人们誉为21世纪最有前途的轻量化材料和绿色金属工程材料。 镁的冶炼方法是镁工业发展的前提和基础，由于现有金属镁的冶炼方法普遍存在能耗大、污染严重、流程长、成本高等问题。因此对真空碳热还原氧化镁制取金属镁进行研究具有十分重要的意义，与现有的炼镁方法相比，该方法具有能耗低、成本低、环境污染小等特点。 1、现有炼镁方法 目前，世界各国金属镁冶炼工业中比较成熟的炼镁方法大致可分为两大类: 一类是熔盐电解法，在氯化镁的熔融电解质中，通直流电电解直接得到金属镁，通称电解法。另外一类是硅热法，以煅烧白云石为原料，以硅铁粉（含Si>75％）为还原剂，在高温条件下把氧化镁还原成金属镁，称为热还原法，通称热法。全世界范围内使用电解法炼镁的厂家比较多，其产量曾占世界镁总产量的80％，硅热法炼镁仅占20％。近几年随着中国金属镁产量(主要使用硅热法)的不断增加，硅热法生产的金属镁所占的比例得到了很大的提升。2007年，中国生产原镁67 万吨，占世界生产总量的85%，硅热法生产的金属镁占世界总产量的75%。 电解法按使用原料的不同可分为以菱镁矿、卤水、光卤石为原料冶炼金属镁三种方法。硅热还原法炼镁根据冶炼炉型的不同，也有多种生产工艺，其中最具典型代表的是皮江法(PidgeonProcess)和马格尼特法(Magnetherm Process)。 电解法生产金属镁存在的主要问题有：生产过程复杂，电耗高，生产条件差，设备腐蚀严重；经常发生氯气的跑、冒、漏，给环境造成污染，给工人的身体健康带来影响；其废气、废水、废渣处理的任务重、费用高；设备和厂房由于腐蚀严重，维修费用高，投资较大。硅热法生产金属镁存在的主要问题有：还原剂（硅铁）的价格比较贵；还原罐由特殊的合金钢（3Cr24Ni7N）制成，价格昂贵，使用寿命不长；还原罐的尺寸较小，单罐装料量低，热效率不高，机械化程度低，生产效率低。 2、真空碳热还原氧化镁的反应机理 2.1、热力学分析

皮江法炼镁工艺原理

2010．5．10第3期 硅热法又分为皮江法（Pidgeon）、波尔扎诺法(Bolzano)和玛格尼特法(Magnetherm)三种。 皮江法炼镁工艺原理 皮江法炼镁工艺原理 皮江法生产金属镁是以煅烧白 云石为原料、硅铁为还原剂、萤石为 催化剂，进行计量配料。粉磨后压制成球，称为球团。将球团装入还原罐中，加热到1200℃，内部抽真空至13.3Pa或更高，则产生镁蒸气。镁蒸气在还原罐前端的冷凝器中形成结晶镁，亦称粗镁。再经熔剂精炼，产出商品镁锭，即精镁。 皮江法炼镁生产工序 皮江法炼镁生产工序 （1）白云石煅烧：将白云石在 回转窑或竖窑中加热至1100～ 1200℃，烧成煅白（MgO·CaO）。 （2）配料制球：将煅白、硅铁 粉和萤石粉计量配料、粉磨，然后压制成球。

（3）还原：将料球在还原罐中加热至1200+10℃，在13.3Pa或更高真空条件下，保持8～10小时，氧化镁还原成镁蒸气，冷凝后成为粗镁。 （4）精炼铸锭：将粗镁加热熔化，在约710℃高温下，用溶剂精炼后，铸成镁锭，亦称精镁。 （5）酸洗：将镁锭用硫 酸或硝酸清洗表面，除去 表面夹杂，使表面美观。 （6）造气车间：将原煤 转换成煤气，作为燃料使 用。直接使用原煤的镁厂 没有造气车间。 皮江炉 波尔扎诺法是皮江法炼镁的改进方法。与皮江法炼镁的主要不同在于采用了竖式电内热还原炉。此法由于意大利的波尔扎诺(Bolzano)镁厂试验成功而得名。20世纪80年代这种方法的镁最高年产量为1．2万吨，近年对设备进行了改造后，年产镁能力降为8000吨。每吨镁耗用白云石10.1吨、硅铁(含硅75％)1吨，还原周期24小时，还原炉产镁2吨每天，精炼熔剂消耗0.16吨。 玛格尼特法起源与法国，中国、日本曾使用该法。该法炼镁采用连续定时加料、周期性出镁出渣，又称为半连续硅热法。这种方法以

镁的冶炼方法

皮江法炼镁的工艺流程及其优缺点 （来源：全球五金网日期：2010-6-9 点击：95 ） 镁的冶炼方法总体上可分成三种：一种是电解法；一种是硅热法（皮江法）；另一种是碳热法。 皮江法炼镁的主要工艺流程是：白云石在回转窑或立窑中煅烧成煅白，经破碎后与硅铁粉（含硅75％）和萤石粉（含GaF2）＝95％）混合均匀制团，装入耐热不锈钢还原罐内，置于还原炉中，在1200-1250℃及真空的1.33Pa 真空度下还原制取粗镁，经过熔剂精制、铸锭、表面处理得到成品镁锭。 皮江法炼镁是中国现行普遍应用的一种方法：其优点是： 1、规模能大能小，原材料可就地取材； 2、成本相对电解法较低； 3、技术不难掌握； 4、在九十年代经济效益可观； 5、镁的等级质量略高于电解镁等。 皮江法炼镁缺点：生产1 吨金属镁锭需要有消耗白云石12-14吨；无烟煤及烟煤8-10吨；副产还原渣5-6吨，这些还原渣目前还没有发现更好的用途，污染环境；劳动强度大，原料车间粉尘污染严重。镍含量太低，如要回收用浮选法，但杂质镁可能不易控制。 一般工厂用什么冶炼镁，对人体有害吗？ 答：有害。 镁是在自然界中分布最广的十个元素之一，但由于它不易从化合物中还原成单质状态，所以迟迟未被发现。长时期里，化学家们将从含碳酸镁的菱镁矿焙烧获得的镁的氧化物苦土当作是不可再分割的物质。在1789年拉瓦锡发表的元素表中就列有它。1808年，戴维在成功制得钙以后，使用同样的办法又成功的制得了金属镁。从此镁被确定为元素，并被命名为magnesium，元素符号是Mg。 镁是一种参与生物体正常生命活动及新陈代谢过程必不可少的元素。镁影响细胞的多种生物功能：影响钾离子和钙离子的转运，调控信号的传递，参与能量代谢、蛋白质和核酸的合成；可以通过络合负电荷基团，尤其核苷酸中的磷酸基团来发挥维持物质的结构和功能；催化酶的激活和抑制及对细胞周期、细胞增殖及细胞分化的调控；镁还参与维持基因组的稳定性，并且还与机体氧化应激和肿瘤发生有关。 镁的吸收代谢：成人身体总镁含量约25g，其中60%~65%存在于骨、齿，27%分布于软组织。食物中的镁在整个肠道均可被吸收，但主要是在空肠末端与回肠部位吸收，吸收率一般约为30%。膳食中促进镁吸收的成分主要有氨基酸、乳糖等；抑制镁吸收的主要成分有过多的磷、草酸、植酸和膳食纤维等。成人从膳食中摄入的镁大量从胆汁、胰液和肠液分泌到肠道，其中60%~70%随粪便排出，部分从汗和脱落的皮肤细胞丢失。 镁离子是生物机体中含量较多的一种正离子，其量在整体中仅次于钙、钠、钾而居第四位；镁离子在细胞内的含量则仅次于钾离子而居第二位。整粒的种子、未经碾磨的谷物、青叶蔬菜、豆类和坚果是日粮镁最为丰富的来源；鱼、肉、奶和水果中镁含量较低；经过加工的食物，在加工过程中镁几乎全部损失。肌酸六磷酸、粗纤维、乙醇、过量的磷酸盐和钙离子削弱了镁的吸收，这可能是因为降低了内腔镁的浓度。

皮江法冶炼镁的工艺过程与优缺点

皮江法冶炼镁的工艺过程与优缺点 镁的冶炼方法总体上可分成三种：一种是电解法；一种是硅热法（皮江法）；另一种是碳热法。 皮江法是一种应用广泛的镁的冶炼方法，以发明者皮江(L_M．Pidgeon)命名的这种方法应用时间较长，可称是硅热法炼镁的经典方法。与其他方法相比，此法具有建厂快、投资省、可利用多种热源、产品质量好等优点，但由于间歇作业、单台生产能力低、能耗较高等问题，而影响它的发展。加拿大蒂尼柯(Timminco)公司的哈雷(taley)镁厂于1941年最先采用皮江法炼镁生产金属镁。随后，日本古河镁厂和字部兴产镁厂也先后采用这种炼镁方法。70年代以后，这些炼镁厂对皮江法炼镁的工艺和设备进行了改进，并逐步实现机械化、自动化操作后，进一步改善了作业条件和提高了劳动生产率。 皮江法炼镁的主要工艺流程是：

白云石在回转窑或立窑中煅烧成煅白，经破碎后与硅铁粉（含硅75％）和萤石粉（含GaF2）＝95％）混合均匀制团，装入耐热不锈钢还原罐内，置于还原炉中，在1200-1250℃及真空的1.33Pa 真空度下还原制取粗镁，经过熔剂精制、铸锭、表面处理得到成品镁锭。 具体工艺过程： （1）白云石煅烧：将白云石在回转窑或竖窑中加热至1100～1200℃，烧成煅白（MgOCaO）。 白云石煅烧天然白云石是一种分布很广的矿物，其分子式为MgCO3?CaCO3。用于皮江法炼镁的白云石一般含MgO19％～21％、CaO30％～33％、(SiO2+A12O3+Fe2O3)<0．5％、(Na2O+K2O)<0．05％，粒度10～30mm。白云石要先进行煅烧。国际上主要的皮江法炼镁厂均采用回转窑煅烧法，使用的燃料有天然气、重油、重油焦粉(或煤粉)、半水煤气、焦炉煤气、发生炉煤气等。白云石在1423～1473K温度下煅烧，分解成Mg()?CaO。经煅烧的白云石称煅烧白云石，含MgO37％～39％，灼减1％以下(最好0．5％以下)，活度超过30％。 （2）配料制球：将煅白、硅铁粉和萤石粉计量配料、粉磨，然后压制成球。 粉磨与压球煅烧白云石与破碎过的硅铁(Si>75％、Al<1．5％。Mn<0．05％)按摩尔比Si：MgO=1．2～1．3配料，并加入总料质量3％的萤石粉((2aF2>95％)。将配好的物料磨细至O．1mm粒级以下的煅烧白云石占60％，0．075mm粒级以下的硅铁占70％～80％。磨细的物料经混合后，用对辊式压球机在大于150MPa的压力下压制成球团。压制好的球团装入防潮的纸袋中备用。 （3）还原：将料球在还原罐中加热至1200+10℃，在13.3Pa或更高真空条件下，保持8～10小时，氧化镁还原成镁蒸气，冷凝后成为粗镁。 真空热还原球团料装入还原炉的还原罐中于真空下被硅铁中的硅还原成金属镁的过程。

皮江法炼镁煅烧白云石技术综述

皮江法炼镁煅烧白云石技术综述 贾庚荣 (沈阳铝镁设计研究院　辽宁沈阳　110001) 摘要　本文针对皮江法炼镁生产过程中,因白云石自身结构有差异,论述了对煅烧白云石工艺条件要求的不同及所选煅烧设备的不同、燃料的不同所造成的对煅烧白云石活性度与灼减的影响。 关键词　白云石结构　煅烧活性度　灼减　煅烧设备 在硅热法炼镁中,煅烧白云石的效果直接影响到镁的还原收率,不同类型的炉窑和不同的燃料以及不同结构类型的白云石,其煅烧条件及煅烧效果亦有差异。本文就此加以综述。 1　两种结构类型的白云石及其煅 烧 白云石由于其杂质成分的不同,结构的不同它所具备的物理、化学性能有一定的差异。目前大致分为两类:一类是无定形状具有网状结构的白云石;一类是具有六方菱形结构的白云石。 a.无一定形状具有网状结构的白云石,煅 烧后仍能保留白云石的结构特性。这种煅白其粒子表面缺陷大,颗粒的聚合力大,受机械作用后易发生变形。它的还原性较具六方菱形结构的白云石大。 b.具有六方菱形结构的白云石易破碎,煅 白细磨时也较网状结构的白云石易磨,且不粘磨,但其反应性较低。 c.两种煅白的水化活性相差很小,而还原 性能相差很大。表明煅白的水化活性度只代表煅白吸湿性。不能完全代表其还原性。一般来说水化活性度高,还原性能也高。但相同的水化活性,由于白云石结构不一样,其还原性能不一定相同。 d.选用无一定形状网状结构的白云石,由 于强度大硬度大,碎矿时容易保证白云石块度, 即粉碎率低。 e.无定形网状结构的白云石由于其晶格能 小,热分解时吸热能力较六方菱形结构的白云石低,即煅烧时能量也较低,且在煅烧时热裂性小。 从以上结论可以看出:具有六方菱形结构白云石煅烧后,粉碎率高,易磨,不太适用于竖窑、混装立窑。而在沸腾炉、回转窑中效果比较理想。因为竖窑、混装立窑的煅后料均会积在底部出料口,受上面料层压力,极易变成较小粒度的料,使窑内透气性差,易堵,影响整个窑的正常运行。但在回转窑及沸腾炉上不存在这个问题。 无定形状具有网状结构的白云石,由于强度大、硬度高、晶格能小、热分解时吸热较六方菱形结构白云石低。所以在竖窑、混装立窑内也可以取得较理想的煅烧效果。它所适应的炉型范围很广,回转窑内也可以取得好的煅烧效果。 综上所述,在现在的生产厂家中,同样是竖窑,因为白云石矿具有的结构特征不一样,煅后还原性能不同也是正常现象。 2　不同煅烧设备煅烧白云石分析 当前煅烧白云石的主要设备有回转窑、沸腾炉、燃气立窑及混装立窑等。对于年产5000吨以上的大型皮江法炼镁厂家,在新设计中要考虑节能,尾气余热利用等。峨嵋镁厂的初步 ? 63? 轻　金　属 1998年№10

硅热法炼镁

硅热法炼镁 第一节概述 利用不同还原剂（硅铁、碳化钙和炭）在高温下，可以将镁从其镁化合物中还原出来而制得金属镁。 （1）用硅铁（Si-Fe）作还原剂，在高温（1200-1250℃）、高真空（1-13Pa）的条件下进行还原反应制取金属镁，此方法简称硅热法炼镁（即皮江法炼镁），其反应为： 2(MgO·CaO) + Si(Fe) = 2Mg + 2CaO·SiO2 + (Fe) （2）用碳化钙（CaC2）作还原剂，在真空条件下，于1100~1200℃的温度下进行还原反应制取金属镁。此法称为碳化物热还原法，其反应为： MgO + CaC2 = Mg + CaO +C 在还原过程中，容易从空气中吸收水，产生乙炔气体，从而影响了该法的发展。（3）用炭（C）作还原剂，在常压下于1850℃高温下进行还原反应，还原方应为可逆反应。 MgO + C = Mg + CO 反应产物镁和CO同为气态。为了避免逆反应的发生，必须将它们进行骤然冷却（降温至200~250℃以下），使用大量惰性气体可以达到冷却的目的。此时所获得镁为镁粉（镁尘），然后再进行压块蒸馏获得金属镁。此法为炭热还原法炼镁。 以上三种方法在工艺技术上以硅热法炼镁较为完善，成为当今金属镁生产中除电解法炼镁外的一个重要的方法，尤其在中国硅热法炼镁几乎成为生产金属镁的主要方法。 第二节硅热法炼镁的基本原理 略 第三节硅热法炼镁的生产工艺 一、硅热法炼镁的原料及燃料 1、硅热法炼镁的原料 硅热法炼镁的原料有白云石、硅铁、萤石和溶剂等 (1)白云石的化学成分（%）： MgO 19~21 CaO 30~33 SiO2 < 0.5 Fe2O3 < 0.5 Al2O3 < 0.5 Na2O < 0.5 K2O <0.005 Mn <0.0005 如白云石内杂质含量（SiO2，Fe2O3，Al2O3）偏高，在煅烧和还原过程中容易生成低熔点化合物（mCaO·n Fe2O3，mCaO·n Al2O3和2 MgO·SiO2）

铝硅合金热法炼镁的理论分析

镁冶炼 铝硅合金热法炼镁的理论分析 姚广春　张晓明　郭清富　张东峰　柳晓梅 (东北大学　辽宁沈阳　110006) 摘要:为了降低热法炼镁的生产成本,提高生产效率,本文讨论了用电热法生产的粗铝硅合金作为还原剂的热法炼镁的可行性。通过对用铝、硅还原镁的热力学计算,分析了降低还原温度的可能性,同时还进行了铝硅合金和硅铁还原剂的理论单耗计算分析。分析结果表明,用铝硅合金为还原剂的热法炼镁是可行的。关键词:铝硅合金　热法炼镁　还原剂 我国的热法炼镁厂都是采用以白云石为原料、硅铁为还原剂、燃烧原煤加热的皮江法炼镁技术。由于硅铁的还原反应活性低,还原反应温度达到1180℃左右。反应温度高使反应罐使用寿命降低,一般反应罐使用寿命为3～6个月,有的厂甚至平均寿命仅为3个月左右。反应罐的费用在生产成本中占很大的比例,反应罐使用寿命低使镁的生产成本明显增高。此外,硅铁还原反应活性低还导致单罐次反应时间长,一般为8小时左右,这也使镁的生产成本增高。 为了降低还原反应温度,延长反应罐的使用寿命,提高反应速度,降低生产成本,我们研究了用电热法生产的粗铝硅合金作为还原剂的热法炼镁的可行生。通过对铝、硅还原氧化镁的热力学计算,分析了降低还原反应温度的可行性。讨论了以铝硅合金与硅铁作还原剂时的动力学因素,分析了提高还原速率的可能性。此外,还计算分析了铝硅合金与硅铁作还原剂时的理论单耗。 根据理论分析结果,我们用电热法生产的铝硅合金(含铝4415%)作为还原剂,进行了热法炼镁的试验,并与用硅铁(含硅75%)作为还原剂时做对比,试验结果将在后续文中报道。 1　用铝、硅还原金属镁的热力学分 析 热还原法炼镁是在高温下,利用还原剂将镁从化合物中还原出来。用金属作还原剂,如果以Me 表示,则还原过程的基本反应为: mMgO +nMe =mMg +Me n O m 从热力学角度讲,要将镁从氧化镁中还原出来,还原剂对氧的亲和力必须大于镁对氧的亲和力,即,还原剂的氧化物Me n O m 比MgO 有更高的化学稳定性。 氧化物的化学稳定性是用标准吉布斯自由能变化△G °量度的,△G °负值越大的氧化物越稳定。 1.1　硅热法还原金属镁的热力学分析 硅热法还原金属镁的基本反应为:Si (s )+2MgO (s )=2Mg (g )+SiO 2(s ) ⑴镁与氧气的反应为:2Mg (g )+O 2=2MgO (s ) ⑵ △G o 2=-1465400+411198T (1376～3125K ) 硅与氧气的反应为:Si (s )+O 2=SiO 2(s ) ⑶ ? 24? 轻　金　属 1998年№3

镁还原渣

镁渣的综合利用 随着金属材料消耗急剧上升，地球表壳的资源日趋贫化，很多传统金属矿产趋于枯竭，加速开发镁金属材料是社会可持续发展的重要措施之一。在我国生产金属镁时排出的工业废渣，很多镁厂都是作为废物丢掉，尤其是一些规模较小的生产企业。随着镁渣的大量排放堆积，不但占用了大量的土地资源，而且镁渣随着雨水的冲淋汇入江河湖泊对农作物和周围环境造成了极大的影响，严重危及到人类的身体健康及农作物的生长，每生产1 t 金属镁大约排出8~10 t 左右的镁渣。我国镁产业普遍存在生产规模小、高污染、高能耗、技术装备水平低及技术创新能力低等特点，如何充分利用镁渣成为制约我国镁产业发展的的一大主题。由于能源、资源、环境保护三方面的迫切需要，工业废渣再利用的研究成为可持续发展的战略目标之一，也是业内专家学者的研究热点之一。 目前对镁渣再利用的研究主要集中在利用镁渣配料烧制水泥熟料和作为水泥活性混合材使用。但镁渣是一种具有潜在活性的工业废渣，掺入生料中煅烧水泥熟料并不能高效地利用，二次煅烧实属能源浪费；镁渣当作混合材使用并不能象矿渣那样规模化、产业化利用，而且在量和质上都无法和矿渣相比较。本文讲介绍几种常见的镁渣的再利用技术。 首先，可以利用镁渣制作新型墙体材料。在国内，已有研究报道将镁渣直接与磨细的矿渣，按照一定比例混合，添加复合激发剂，配制胶结料。研究表明，这种利用镁渣生产墙体材料的工艺简单，成本低廉，节省能源，并且这种金属镁渣生产出的胶结材具有良好的胶凝性能，制成的墙体材料密度小、强度高、耐久性好，产品质量符合相关标准。大部分企业只是单一地应用镁渣材料制砖，其实还可以在镁渣中掺入一定量的轻骨料，制作轻质保温、隔热墙体材料或制成屋面材料。 其次，可以利用金属镁渣制作矿化剂。矿化剂是能促进或控制结晶化合物的形成或反应而加入配料中的物质。在水泥行业中，能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧的少量外加剂。加入的矿化剂可以通过与反应物作用而使晶格活化，从而增强反应能力，加速固相反应。镁渣是近年来开发的新型矿化剂，经过1 200 ℃左右的高温煅烧后的镁渣，具有一定的化学活性，能够降低晶体的成核势能，诱导晶体，加速矿物的转化及形成，减少了从生料到熟料的热耗。因此，可以试烧不同镁渣配比下的生料，研究熟料抗拉、抗压强度较高的配方。有研究表明：生料中加入10％左右的镁渣，煅烧时可以起到良好的矿化效果。镁渣与萤石价格悬殊，利用镁渣代替部分萤石作矿化剂对降低生产成本，提高经济效益是十分显著的。 再次，可以利用镁渣生产建筑水泥。镁渣可以替代部分矿渣生产混合水泥混合材，生产

镁热还原法制备超细无定形硼粉

1、镁热还原法制备超细无定形硼粉及粗硼粉的提纯 2、关键技术 以一定要求的金属Mg 粉和B 2O 3粉为原料，以一定的物料配比和升温制度条件下，在卧式还原炉中进行还原，得到还原产物后，采用盐酸进行彻底的酸洗，可制备出纯度在90～95%的无定形硼粉。 以镁热还原法制备的粗硼粉（85～92%）为原料，在粗硼粉中配入一定量的B 2O 3粉末，经充分混合后压制成块，装入不锈钢坩埚并置于卧式气氛炉中，温度维持在700～1000℃，炉内通入氩气作为保护气体，经过2～4h 后冷却，将其置于配置好的稀盐酸中除去物料中的可溶物，经过滤、烘干即得到纯度为95～97%的硼粉，其中杂质Mg 、O 、Si 、Fe 含量分别在1.5%、2%、1.0%、0.5%以下。 3、与成果最相关的图片 图1 制备的无定形硼粉和扫描电镜SEM 图 表1 无定形硼粉物理化学性能指标 物理化学性能 粒度/μm 比表面积 /m 2·g 元素含量/% B Mg O Si Fe 其他 数值 <1.0 8～10 95～97 <1.5 <2 <1 <0.5 <0.5 4、社会和经济效益 无定形硼粉是一种高附加值的硼化工产品，92～95%的无定形硼粉市场价格在5000～8000元/kg ，而纯度达到95～97%的无定形硼粉价格超过10000元/kg 。该科研成果的应用将为硼化工企业产生丰厚的经济效益和社会效益。 5、应用情况 该科研成果已经在河北省唐山市某企业得到应用。 6、知识产权

该科研成果发表学术论文6篇，其中SCI收录1篇，EI收录4篇，ISTP收录1篇；申请专利1项（专利申请号：201010130202）。

实验五`硅热还原法炼镁的热力学分析

实验五、 硅热还原法炼镁的热力学分析 【实验性质】 网络平台实验 ；学时：2 1实验目的 掌握标准状态和非标准状态时化学反应等温方程式的计算方法及应用，能分析温度、活度、分压等因素对化学反应方向的影响；理解硅热还原法炼镁的热力学原理。掌握FactSage 软件的Reaction 模块的主要用法。 2实验原理及内容 工业上目前生产金属镁的主要方法为硅热还原法，其主要过程为在1100-1300C 的高温、真空条件下利用硅铁从含MgO 的白云石中还原获得金属镁。主要反应为 MgO + 0.5 Si= Mg(g) +0.5 SiO 2 当温度为T 时，该反应的等温方程为： 其中： 本实验通过对标准态、非标准态时等温方程的计算，说明如何利用真空能使一个大气压下难以进行的反应在真空条件下得以顺利进行。 计算内容： 2.1标准状态时，Si 还原MgO 反应的还原温度； 2.2非标准态时，研究温度对Mg(g)平衡分压的影响 2.3非标准态时，研究SiO 2活度对平衡Mg(g)分压的影响 3主要操作步骤 FactSage 软件的Reaction 模块可以很方便地计算标准态或非标准态时化学反应，其主要包括两个步骤：1）设定化学反应方程式；2）设定计算条件。需要注意的是在计算之前需要设定计算所使用的热力学数据库。 200000()0.50.5r SiO Mg g Si MgO G G G G G Δ=Δ+Δ?Δ?Δ2()0.500.5ln g SiO Mg r r Si MgO a P G G RT a a ?Δ=Δ+ ?

3.1 标准状态时，Si还原MgO反应的还原温度 3.1.1首先选择数据库：选用Fact53纯物质数据库 3.1.2输入反应方程式：注意选择各物种的物相以及去掉非标准态的选项