冶金過程強化論文

1、金過程強化論文論文題目：硅熱法煉鎂過程中的強化指導老師：XXXXXXXX班 級：XXXXXXXX姓 名：XXXXXXXX學 號：XXXXX XXXX硅熱法煉鎂過程中的強化摘要：硅熱法又稱皮江法,是以白云石為原料、硅(鐵)為還原劑、螢石為礦化劑,將煅燒后的白云石粉碎至200目左右,制成球團,裝入還原罐,在1200左右的高溫和小于13.3Pa的真空下熱還原制得結晶鎂,經精煉后再鑄成鎂錠。20世紀80年代末期,皮江法在中國大陸得到了蓬勃發(fā)展,以連續(xù)40%的年平均增長速度,使中國成為世界生產金屬鎂的第一大國。2004年全球原鎂產量為64.4萬噸,而中國原鎂產量為45.0萬噸,占了全球產量的69.88%

2、,而中國鎂產量的98%是用皮江法所生產。關鍵詞：白云石 強化 我國金屬鎂產量增大迅速。1990年只有0.59萬噸；1999年鎂產量達到12萬噸，超過美國躍居第一；2000年鎂產量約為20萬,幾乎占世界產量的40%；2006年鎂產量達到61.3萬噸，比1990年增長100倍。我國鎂工業(yè)發(fā)展之所以如此之快,一是改革開放的政策,市場經濟調動了地方、集體、個體興辦煉鎂企業(yè)的積極性;二是由于熱法煉鎂工藝的改進,使其投資少、技術可行。目前我國煉鎂方法幾乎全部是熱法煉鎂。本文將從還原時間、溫度、配硅比及制球壓力等方面對鎂產出條件的選擇及優(yōu)化進行研究。1、硅熱法煉鎂的基本原理1.1 MgO還原的熱力學原理 為

3、了將鎂從氧化鎂中還原出來，只有用對氧親和力大于鎂對氧親和力的物質作為還原劑才行。通常，衡量氧化物親和力大小的是氧化物的標準吉布斯自由能。圖1-1中繪出了一系列氧化物標準吉布斯自由能與溫度的關系曲線。從上面圖可知：各種氧化物的G值均隨溫度的變化而變化，但變化的方向與幅度各不相同，有些曲線的相互位置都發(fā)生了變化。從圖還可推知，只有在溫度超過2373以后，SiO2的穩(wěn)定性才會高于MgO的，才能發(fā)生如下反應：2Mg+O2=2MgO (1)Si+O2=SiO2 (2)2MgO+Si= SiO2+2Mg (3)計算表明：在溫度低于2000K時，用Si還原MgO根本就不可能。1. 2 MgO·Ca

4、O還原的熱力學原理 從前面知道，用硅還原氧化鎂時，如果常壓則溫度必須超過2373，這在實際中實現(xiàn)起來很難，并且在此高溫下，SiO2與MgO會反應生成硅酸鎂。但是，根據(jù)熱力學，如果反應過程中存在CaO，則還原溫度可降到1750，下頁的圖中列出了某些復雜氧化物的吉布斯自由能與溫度的關系。從上圖可知，當溫度超過2060后，會發(fā)生如下反應：4MgO+Si=2Mg+2MgO·SiO2此反應是一個造渣反應，可以降低反應溫度，然而也降低了MgO的有效利用率。當有CaO存在時，由于2CaO·SiO2比2MgO·SiO2更加穩(wěn)定，所以可以發(fā)生：2(CaO·SiO2)+Si

5、 = 2Mg+2CaO·SiO21. 3 MgO·CaO真空還原的熱力學原理從前面知道，常壓下還原MgO的溫度超過2373，當有CaO存在時，還原溫度可降至1750，這么高溫度在工業(yè)上實現(xiàn)起來有相當難度。 那么，如果將常壓改為真空狀態(tài)，會怎么樣？下圖是某些物質在不同真空度下吉布斯自由能與溫度的變化關系。就反應：2MgO+Si=2Mg+SiO2而言，MgO、Si 、SiO2均為固態(tài)，其活度為1，此時，吉布斯自由能的表達式為G=G0+RTlnpMg當反應中 PMg 101.325pa時， RTlnpMg為負值， G G0這有利于將反應的溫度降低。所以，硅熱法煉鎂，一般是在真空條

6、件下進行。2、影響還原效率及硅利用率的因素2. 1 還原溫度右圖為p17162×105Pa，配硅比11時在不同的時間下，鎂的還原效率與硅利用率隨著溫度變化而變化，圖中虛線為鎂的還原效率，實線為硅的利用率。此外還標注了時間為1-2h時鎂的還原效率與硅的利用率的數(shù)值。上圖表明：1）隨著溫度的升高，在同一還原時間內，還原效率和硅的利用率都有不同程度的提高。在低溫區(qū)域內，鎂的還原效率和硅的利用率與溫度的關系近似為直線，曲線的斜度較大，也就是說，在低溫區(qū)域內，同一時間內鎂的還原效率與硅的利用率增加更為明顯。2）當溫度超過1150以后，還原效率與硅利用率增加較少，曲線趨于平緩。為了達到較高的鎂的

7、還原效率與硅的利用率，溫度必須高于1150，但是，當溫度超過1200以后，同一時間內的還原效率與硅的利用率增加也不多，由于還原罐的材質在高溫下抗氧化的性能較小，故溫度不能超過1200所以，硅熱法煉鎂過程，最合適的還原溫度范圍是1150-1180，在這一反應溫度范圍內，鎂的還原效率實驗值可達93-95(還原時間為2h)，工業(yè)生產中鎂的還原效率可達85以上(還原時間為8h)，硅的利用率可達87-88(實驗值)，工業(yè)生產中硅的利用率可達7075。為了達到同樣的還原效率，如果還原時間較短，則需更高的還原溫度和進一步降低還原體系中的剩余壓力(13Pa)。2. 2 還原時間在一定的還原溫度與體系的剩余壓力

8、下，增加還原時間，可以使熱傳遞的深度增大，還原反應徹底，從而，鎂的產出率高，硅的利用率也高。下圖是配硅比11，P17162×105Pa，在1100 、1150、1200 三種溫度下，不同還原時間內鎂的還原效率與硅的利用率變化。圖中的虛線為鎂的還原效率，實線為硅的利用率。上圖表明，隨著反應時間的延長，鎂的還原效率和硅的利用率隨之增加。在反應開始階段，鎂的還原效率和硅的利用率增加較快，曲線的斜率也較大。隨著反應的進行，開始時反應速度很快，后來反應速度急劇減小，當反應進行一定時間后，曲線的斜率幾乎為零，即反應速度近于零。由此表明，還原反應進行一段時間后，反應速度很慢，再延長反應時間已經沒有

9、意義了。對于不同的還原溫度，達到最大鎂的還原率的時間不同，1200時約為15h(實驗值)，工業(yè)生產時為76h，1150時約為175h(實驗值)，工業(yè)生產時為85h。從圖中還可以看出，提高還原溫度比延長還原時間更能增加產量和提高硅的利用率。但是在生產上由于還原罐材質受到影響，不能用提高還原溫度來縮短還原周期(即縮短還原時間)達到高產的目的。這樣做勢必縮短了還原罐的壽命。所以在低于1180溫度下還原可適當延長還原時間，但是絕對不能用提高溫度、縮短還原時間來提高鎂的還原效率和硅的利用率。2. 3 制球壓力球團的真空熱還原，在溫度、還原時間、配料比一定的條件下，隨著制球壓力的增大，鎂的產出率和硅的利用

10、率增大。但是，不同礦物結構的煅白，它有一個最佳的壓力值，壓型壓力超過此值后，還原溫度、還原時間、配硅比增大都對鎂的產出率，硅的利用率影響不大，壓型壓力超過此值后，鎂的產出率和硅的利用率反而降低。上圖為在1100、l125、1200)下，還原效率和硅利用率與壓型壓力的關系曲線(M11，還原時間為15h)。圖中虛線為還原效率，實線為硅利用率。24 配硅比的影響還原過程中反應式： 2(MgO·SiO2) + Si = 2Mg + 2CaO·SiO2其配硅比(M)為Si2MgO1此時鎂的產出率一定，而硅的利用率最大。如果增大配硅比，則鎂的產出率增大，硅的利用率降低，所以對硅熱法煉鎂

11、而言，鎂的產出率隨配硅比的增加而增大，硅的利用率隨配硅的增大而降低。×105Pa，1.5h時，還原效率、硅利用率與配硅比之間的關系曲線。前圖表明：1）當配硅比(M)增加時，鎂的還原效率隨著增加，而硅的利用率卻逐步減小2）當M125以后，鎂的還原效率增加很少，而硅的利用率則降低很多。當M1時，硅的利用率基本上保持一定，而鎂的還原效率卻很低，盡管硅的利用率較高，但由于鎂的還原效率太低，工業(yè)生產中是很不合算的。因此最佳的配硅比應在M10-125之間。在工業(yè)生產中配硅比應取多少為好，可以根據(jù)白云石結構、還原溫度、還原時間、制球壓力的條件確定，但更需要從經濟角度來考慮，也就是說，應該考慮當時市場上硅鐵與鎂的比價，當硅鐵價格較高時，選擇M1，當鎂的價格上漲時，則取125。3. 結語硅熱法煉鎂技術雖是我國主流的煉鎂技術，但它依舊能耗高，資源消耗大，環(huán)