(輕金屬冶金學(xué)1-1)鎂冶金學(xué)第一講----概論

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 1，概述，概述2 2，硅熱法煉鎂，硅熱法煉鎂3 3，電解法煉鎂，電解法煉鎂4 4，粗鎂的精煉，粗鎂的精煉 1 1，硅熱法煉鎂生產(chǎn)工藝學(xué)，硅熱法煉鎂生產(chǎn)工藝學(xué)（中南大學(xué)出版社，（中南大學(xué)出版社，20032003，徐日瑤主編），徐日瑤主編） 2 2，金屬鎂生產(chǎn)工藝學(xué)，金屬鎂生產(chǎn)工藝學(xué)（中南大學(xué)出版社，（中南大學(xué)出版社，20032003，徐日瑤主編），徐日瑤主編） 3 3，鎂電解生產(chǎn)工藝學(xué)，鎂電解生產(chǎn)工藝學(xué)（中南大學(xué)出版社，（中南大學(xué)出版社，20062006，張永健主編），張永健主編） 鎂冶金學(xué)鎂冶金學(xué) 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：第一講第一講：概：概 論論 1 1，鎂的基本特性，鎂

2、的基本特性2 2，鎂的消費(fèi)結(jié)構(gòu)，鎂的消費(fèi)結(jié)構(gòu)3 3，煉鎂的主要原料，煉鎂的主要原料4 4，煉鎂的方法簡(jiǎn)述，煉鎂的方法簡(jiǎn)述一、鎂的基本特性一、鎂的基本特性一、鎂的基本特性一、鎂的基本特性基本特性基本特性 基本特性基本特性 元素符號(hào)：元素符號(hào)：Mg; 第第2族，第族，第3周期；地殼中儲(chǔ)量周期；地殼中儲(chǔ)量第第8， ( OSiAlFeCaNaKMg)； 原子序號(hào)：原子序號(hào)：12； 相對(duì)原子量：相對(duì)原子量：24.305； 存在存在3個(gè)自然同位素，個(gè)自然同位素，質(zhì)量質(zhì)量數(shù)分別為數(shù)分別為23.985、24.986和和25.983 ； 鎂粉、鎂絲和鎂薄在空氣鎂粉、鎂絲和鎂薄在空氣中加熱時(shí)容易燃燒，燃燒中加熱時(shí)

3、容易燃燒，燃燒時(shí)發(fā)出時(shí)發(fā)出耀眼的白光。耀眼的白光?；咎匦曰咎匦?Colour: silvery white 鎂在室溫下為穩(wěn)定鎂在室溫下為穩(wěn)定的固態(tài)的固態(tài) ； 空氣中容易氧化成空氣中容易氧化成灰色?；疑?。 堿土輕金屬，堿土輕金屬，密度密度比鋁輕比鋁輕1/31/3，只有，只有鐵的鐵的2/92/9；電子特性電子特性 電子云排布電子云排布 :1S22S22P63S2 價(jià)電子排布式為價(jià)電子排布式為3s2； 鎂的離子價(jià)態(tài)通鎂的離子價(jià)態(tài)通常為常為+2價(jià)；價(jià)；基本特性基本特性 晶體結(jié)構(gòu)特征晶體結(jié)構(gòu)特征 近乎完美的密排六方結(jié)構(gòu)近乎完美的密排六方結(jié)構(gòu) （hcp)基本特性基本特性 熔點(diǎn)和沸點(diǎn)熔點(diǎn)和沸點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)大氣

4、壓下，熔點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，熔點(diǎn)為（650+1）；在鎂在鎂中添加中添加Pb、Al和和Sb等元素將提高其沸點(diǎn)，而添等元素將提高其沸點(diǎn)，而添加加Zn和和Cd等元素則會(huì)降低鎂的沸點(diǎn)。等元素則會(huì)降低鎂的沸點(diǎn)。 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)為（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)為（1360+1）； 隨壓隨壓力的增加，鎂的熔點(diǎn)逐漸升高。力的增加，鎂的熔點(diǎn)逐漸升高。密度密度 密度小密度小，1738 kg m-3 (20 )；蒸氣壓蒸氣壓215.95Pa(627), 1037.1Pa(727).基本特性基本特性 力學(xué)性能力學(xué)性能 鎂的室溫塑性很差；鎂的室溫塑性很差；純鎂單晶體的臨界切應(yīng)力純鎂單晶體的臨界切應(yīng)力只有（只有（4849）105

5、Pa，純鎂多晶體的強(qiáng)度和純鎂多晶體的強(qiáng)度和硬度也不高，因此，純鎂硬度也不高，因此，純鎂不能直接用作結(jié)構(gòu)材不能直接用作結(jié)構(gòu)材料，料，純鎂通常被用來(lái)配制鎂合金或其它合金。純鎂通常被用來(lái)配制鎂合金或其它合金。 金屬鎂的彈性模量與其純度及溫度有關(guān)。純度金屬鎂的彈性模量與其純度及溫度有關(guān)。純度為為99.98%的金屬鎂在的金屬鎂在20（293K）時(shí)的動(dòng)態(tài)彈時(shí)的動(dòng)態(tài)彈性模量為性模量為44GPa，靜態(tài)彈性模量為靜態(tài)彈性模量為40GPa；當(dāng)當(dāng)純度為純度為99.80時(shí)，金屬鎂的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)彈性模量時(shí)，金屬鎂的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)彈性模量分別為分別為45 GPa和和43GPa。隨著溫度的升高，金隨著溫度的升高，金屬鎂的彈性模量

6、下降。屬鎂的彈性模量下降?；咎匦曰咎匦?基本特性基本特性 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì) 耐蝕性較差。耐蝕性較差。主要原因：主要原因：鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較負(fù)，鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較負(fù)， 容易失去電子；容易失去電子；表面氧化膜疏松多孔，且脆性大。表面氧化膜疏松多孔，且脆性大。 在許多介質(zhì)中都有反應(yīng)。在許多介質(zhì)中都有反應(yīng)。介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)特征空 氣 （1）隨溫度的升高而，氧化快速增長(zhǎng)，特別是在潮濕空氣中；（2）固體鎂不易燃燒，在熔融狀態(tài)時(shí)易燃燒；（3）鎂屑、鎂粉更易燃燒生成氧化鎂。 N2、CO、SO2 （1）在573.15K時(shí)，鎂與氮發(fā)生反應(yīng)生成Mg3N2；在943.15K時(shí)，鎂的氮化反應(yīng)異常迅速。（2）高溫下鎂可分

7、解CO2和SO2，生成MgC2、MgS 基本特性基本特性 酸溶液 鎂與鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸等酸溶液反應(yīng)劇烈；能耐氫氟酸和鉻酸的腐蝕；有機(jī)酸能腐蝕鎂。 堿溶液酒精和礦物油 鎂在苛性堿溶液、碳酸鈉溶液、二硫化碳、干燥的碳?xì)浠衔?、有機(jī)鹵素衍生物、無(wú)水酒精和礦物油中比較穩(wěn)定。 氧化物氯化物 鎂能將許多氧化物還原成金屬，并能與許多金屬形成合金。MgC12和CaC12對(duì)鎂的腐蝕最大。 水 蒸餾水在室溫下幾乎不與鎂發(fā)生反應(yīng)；沸水與鎂卻發(fā)生強(qiáng)烈的作用，生成氫和氫氧化鎂。在海水和礦泉水中鎂容易受到腐蝕。 其它金屬 鐵在鎂中的溶解度很小，而鐵含量對(duì)鎂的耐蝕性能影響很大。為了避免鎂的嚴(yán)重腐蝕，鎂中的含鐵量不應(yīng)超

8、過(guò)0.02%。Ni、Cu、K、Na也會(huì)降低鎂的抗腐蝕性能，Mn能增加鎂的耐腐蝕性能。 基本特性基本特性 合金化性能合金化性能 元素周期表中有幾十種元素可與鎂形成合金。元素周期表中有幾十種元素可與鎂形成合金。Al 、Ca 、Ce、Li 、Mn、Sc、Ti 、Y、 Zn、 Zr鎂的強(qiáng)正電性，使得其能與大部分合金元素形成鎂的強(qiáng)正電性，使得其能與大部分合金元素形成金屬金屬間化合物間化合物。最常見(jiàn)的鎂金屬間化合物結(jié)構(gòu)有三種類(lèi)型：。最常見(jiàn)的鎂金屬間化合物結(jié)構(gòu)有三種類(lèi)型： 具有具有CsCl簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)的AB型，典型的合金有型，典型的合金有MgAg、MgCe和和MgSn等；等； 具有具有Lave

9、s相的相的AB2型，典型的合金有型，典型的合金有MgCu2、MgZn2和和MgNi2等；等； 具有面心立方的具有面心立方的CaF2型，典型的合金有型，典型的合金有Mg2Si和和Mg2Sn等。等?；咎匦曰咎匦?1 實(shí)用金屬中質(zhì)量最輕鋁的23 2 比重上的剛性較高 3 抗凹性?xún)?yōu)良 4 震動(dòng)吸收性良好 5 電磁波絕緣性佳 6 放熱性高 7 切削抵抗小，加工性?xún)?yōu)良 8 可回收使用 9 原料成本低 基本特性基本特性 金屬鎂的典型性質(zhì)概括金屬鎂的典型性質(zhì)概括 二、鎂的消費(fèi)結(jié)構(gòu)二、鎂的消費(fèi)結(jié)構(gòu)二、鎂的消費(fèi)結(jié)構(gòu)二、鎂的消費(fèi)結(jié)構(gòu) 消費(fèi)結(jié)構(gòu)消費(fèi)結(jié)構(gòu) 鋁合金領(lǐng)域的應(yīng)用鋁合金領(lǐng)域的應(yīng)用 鋁合金、鎂合金（鎂壓鑄件）

10、和鋼鐵脫硫鋁合金、鎂合金（鎂壓鑄件）和鋼鐵脫硫三大領(lǐng)域三大領(lǐng)域 。 作為重要的合金元素。作為重要的合金元素。 有些系列鋁合金中鎂的加入量可以有些系列鋁合金中鎂的加入量可以超過(guò)超過(guò)10%。如在。如在5XXX系鋁合金中、牌號(hào)為系鋁合金中、牌號(hào)為5A13的鋁合金中鎂的含量范的鋁合金中鎂的含量范圍為圍為9.210.5%。在。在5XXX系鋁合金中。系鋁合金中。 鎂主要是鎂主要是固溶狀態(tài)固溶狀態(tài)和和相（相（Mg2Al3或或Mg5Al8）存在。存在。 通常合金強(qiáng)度隨通常合金強(qiáng)度隨Mg含量增加而提高，塑性隨之降低。含量增加而提高，塑性隨之降低。 Mg含量對(duì)合金的再結(jié)晶溫度影響較大，當(dāng)含量對(duì)合金的再結(jié)晶溫度影響

11、較大，當(dāng)Mg含量含量小于小于5%時(shí)，再結(jié)晶溫度隨時(shí)，再結(jié)晶溫度隨Mg含量的增加而降低；當(dāng)含量的增加而降低；當(dāng)Mg含量超過(guò)含量超過(guò)5%時(shí)，再結(jié)晶溫度隨時(shí)，再結(jié)晶溫度隨Mg含量增加而升高。含量增加而升高。 Mg含量對(duì)合金的含量對(duì)合金的焊接性能焊接性能也有明顯影響，當(dāng)也有明顯影響，當(dāng)Mg含量小于含量小于6%時(shí)，合金的焊接裂紋傾向隨隨時(shí)，合金的焊接裂紋傾向隨隨Mg含量的增加而降低，當(dāng)含量的增加而降低，當(dāng)Mg含量超過(guò)含量超過(guò)6%時(shí)，時(shí)，則相反；則相反； 當(dāng)當(dāng)Mg含量小于含量小于9%時(shí)，時(shí)，焊接的強(qiáng)度焊接的強(qiáng)度隨隨Mg含量含量的增加而顯著提高，此時(shí)塑性和焊接系數(shù)雖然略的增加而顯著提高，此時(shí)塑性和焊接系數(shù)雖

12、然略有降低，但變化不大，當(dāng)有降低，但變化不大，當(dāng)Mg含量大于含量大于9%時(shí)，其時(shí)，其強(qiáng)度、塑性和焊接系數(shù)均明顯降低。強(qiáng)度、塑性和焊接系數(shù)均明顯降低。消費(fèi)結(jié)構(gòu)消費(fèi)結(jié)構(gòu) 作為作為提高抗拉強(qiáng)度、耐熱性和耐蝕性的添加元素。提高抗拉強(qiáng)度、耐熱性和耐蝕性的添加元素。 如如Al-Cu-Mg合金中，當(dāng)銅含量在合金中，當(dāng)銅含量在1%4%范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，鎂從鎂從0.5%增加到增加到2%時(shí)，可以提高合金的時(shí)，可以提高合金的抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度； 當(dāng)該合金中含當(dāng)該合金中含4%6%Cu和和1%2.0%Mg 時(shí)，在淬時(shí)，在淬火自然時(shí)效狀態(tài)下，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)火自然時(shí)效狀態(tài)下，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)490510Mpa；含含4.0%Cu和

13、和2.0%Mg的的Al-Cu-Mg合金具有最大的抗合金具有最大的抗拉強(qiáng)度。拉強(qiáng)度。 對(duì)含對(duì)含0.6%Mn的的Al-Cu（3.5%6%）-Mg合金而言，合金而言，當(dāng)其中當(dāng)其中Mg加入量為加入量為1.2%2.0%時(shí)，在時(shí)，在200、1 6 0 M p a 條 件 下 具 有 最 大 的條 件 下 具 有 最 大 的 持 久 強(qiáng) 度持 久 強(qiáng) 度 。 對(duì) 含。 對(duì) 含Cu3%5%d的的Al-Cu合金而言，當(dāng)往合金中加入合金而言，當(dāng)往合金中加入0.5%的的Mg時(shí)，時(shí)，耐蝕性能耐蝕性能得到顯著改善。得到顯著改善。 消費(fèi)結(jié)構(gòu)消費(fèi)結(jié)構(gòu) 消費(fèi)結(jié)構(gòu)消費(fèi)結(jié)構(gòu) 鎂合金領(lǐng)域的應(yīng)用鎂合金領(lǐng)域的應(yīng)用 鎂合金為鎂合金為目前

14、工業(yè)上可應(yīng)用的目前工業(yè)上可應(yīng)用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料材料 。 (1) 輕量化：輕量化： 鎂合金比重為鋁合金之鎂合金比重為鋁合金之2/3，鋅合金之，鋅合金之1/4，塑料材料相比，鎂合金比重為一般塑料之塑料材料相比，鎂合金比重為一般塑料之1.5倍；鎂合倍；鎂合金比重為所有結(jié)構(gòu)用合金中最輕者，因此非常適于做金比重為所有結(jié)構(gòu)用合金中最輕者，因此非常適于做3C產(chǎn)品外殼。產(chǎn)品外殼。(2) 剛性較高：剛性較高：鎂合金之比剛性與鋁合金、鋅合金相近，鎂合金之比剛性與鋁合金、鋅合金相近，但為一般塑料的但為一般塑料的10倍，在強(qiáng)度上優(yōu)于塑料材料自不待言。倍，在強(qiáng)度上優(yōu)于塑料材料自不待言。(3) 振動(dòng)吸收

15、性良好：振動(dòng)吸收性良好：鎂合金之比阻尼容量為鋁合金的鎂合金之比阻尼容量為鋁合金的10-25倍，鋅合金之倍，鋅合金之1.5倍，顯示其吸震能力的優(yōu)異。倍，顯示其吸震能力的優(yōu)異。汽車(chē)汽車(chē)上上的應(yīng)用潛力巨大。的應(yīng)用潛力巨大。 電磁波絕緣性佳電磁波絕緣性佳(5) 散熱性良好：散熱性良好：(6) 耐蝕性佳：耐蝕性佳： 鎂合金在耐腐蝕鎂合金在耐腐蝕(鹽腐蝕試驗(yàn)上鹽腐蝕試驗(yàn)上)為碳鋼之為碳鋼之8倍，為鋁合倍，為鋁合金之金之4倍，更為塑料材料之倍，更為塑料材料之10倍以上，防腐能力幾為合倍以上，防腐能力幾為合金中最佳者。金中最佳者。消費(fèi)結(jié)構(gòu)消費(fèi)結(jié)構(gòu) (7)質(zhì)感極佳：質(zhì)感極佳： 人類(lèi)對(duì)金屬質(zhì)感、光澤仍有不可抹滅的

16、愛(ài)戀，人類(lèi)對(duì)金屬質(zhì)感、光澤仍有不可抹滅的愛(ài)戀，Nokia 8810外殼做成類(lèi)金屬樣式，但其光澤仍有差距，質(zhì)感更外殼做成類(lèi)金屬樣式，但其光澤仍有差距，質(zhì)感更不同于金屬，使用鎂合金，因其為金屬，外觀及觸摸質(zhì)不同于金屬，使用鎂合金，因其為金屬，外觀及觸摸質(zhì)感佳，對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)師而言此為不可忽略之事實(shí)。感佳，對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)師而言此為不可忽略之事實(shí)。 (8) 可回收使用可回收使用 ：在環(huán)保意識(shí)高漲的大環(huán)境下，鎂合金在環(huán)保意識(shí)高漲的大環(huán)境下，鎂合金比起無(wú)法回收的加碳鐵比起無(wú)法回收的加碳鐵/金屬粉的塑料，或是含有毒抗燃金屬粉的塑料，或是含有毒抗燃劑劑(flame retardent)的抗燃塑料，顯然占了極大的優(yōu)

17、勢(shì)。的抗燃塑料，顯然占了極大的優(yōu)勢(shì)。據(jù)估計(jì)只要花費(fèi)相當(dāng)于新料價(jià)錢(qián)的據(jù)估計(jì)只要花費(fèi)相當(dāng)于新料價(jià)錢(qián)的4%，就可將鎂合金，就可將鎂合金制品及廢料回收使用。制品及廢料回收使用。消費(fèi)結(jié)構(gòu)消費(fèi)結(jié)構(gòu) Massachusetts Institute of TechnologyCambridge, MassachusettsMaterials Systems LaboratoryIncreasing Auto Interest in Magnesium Increasing Auto Interest in Magnesium Fuel Economy Fuel Economy Vehicle LightVeh

18、icle Light- -weightingweightingInterest in Mg for Interest in Mg for auto applicationsauto applicationsConcern about Mg supply Concern about Mg supply and market stabilityand market stability消費(fèi)結(jié)構(gòu)消費(fèi)結(jié)構(gòu) 消費(fèi)結(jié)構(gòu)消費(fèi)結(jié)構(gòu) 鋼鐵脫硫領(lǐng)域的應(yīng)用鋼鐵脫硫領(lǐng)域的應(yīng)用 原理：原理：鎂與硫之間存在很強(qiáng)親和力的特性鎂與硫之間存在很強(qiáng)親和力的特性 Mg(s)Mg(g)Mg(g)MgMg(g)+S=MgS(s)Mg+S

19、=MgS(s) Mg(g)+O=MgO(s) 另外，鎂還可用于鉛和錫的脫鉍（生成另外，鎂還可用于鉛和錫的脫鉍（生成Bi2Mg3） 消費(fèi)結(jié)構(gòu)消費(fèi)結(jié)構(gòu) 其它領(lǐng)域的應(yīng)用其它領(lǐng)域的應(yīng)用 金屬鎂可作為生產(chǎn)球墨鑄鐵的金屬鎂可作為生產(chǎn)球墨鑄鐵的球化劑球化劑。生鐵中加鎂，。生鐵中加鎂，可使鐵中鱗片狀石墨體球化，球化后生鐵的機(jī)械強(qiáng)度可可使鐵中鱗片狀石墨體球化，球化后生鐵的機(jī)械強(qiáng)度可增加增加13倍合金來(lái)制造，液體流動(dòng)性可增加倍合金來(lái)制造，液體流動(dòng)性可增加0.51倍。倍。 作為熱還原工藝的作為熱還原工藝的還原劑還原劑。如可用來(lái)熱還原生產(chǎn)。如可用來(lái)熱還原生產(chǎn)Ti、Zr、Hf等；也可用來(lái)熱還原生產(chǎn)等；也可用來(lái)熱還原生產(chǎn)

20、Be、B。 作為制備高儲(chǔ)能材料的重要組分。如作為制備高儲(chǔ)能材料的重要組分。如Mg2Ni基合金便基合金便是一種良好的儲(chǔ)氫材料，該材料的儲(chǔ)氫量可達(dá)到是一種良好的儲(chǔ)氫材料，該材料的儲(chǔ)氫量可達(dá)到34%（質(zhì)量比）（質(zhì)量比）三、煉鎂的主要原料三、煉鎂的主要原料 三、煉鎂的主要原料三、煉鎂的主要原料鉀光鹵石鉀光鹵石 鉀光鹵石是氯化鎂與氯化鉀的含水復(fù)鹽，其分子式為鉀光鹵石是氯化鎂與氯化鉀的含水復(fù)鹽，其分子式為KClMgCl26H2O，分子量為分子量為277.88，理論上含，理論上含MgCl234.5%、KCl26.7和和H2O38.8%，其其MgCl2與與KCl的摩爾比為的摩爾比為1.0。鉀光鹵。鉀光鹵石屬斜

21、方晶系，純的結(jié)晶物為白色。石屬斜方晶系，純的結(jié)晶物為白色。有天然與人造兩種有天然與人造兩種。 煉鎂的主要原料煉鎂的主要原料 水氯鎂石水氯鎂石 水氯鎂石（水氯鎂石（Bischofite）是六水氯化鎂（是六水氯化鎂（Magnesium Chloride Hexahydrate）的俗稱(chēng)，工業(yè)上也叫鹵塊。其廣泛分布于海水、鹽的俗稱(chēng)，工業(yè)上也叫鹵塊。其廣泛分布于海水、鹽湖鹵水及井礦鹽鹵水中。湖鹵水及井礦鹽鹵水中。 菱鎂礦菱鎂礦 菱鎂礦的主要化學(xué)成分為菱鎂礦的主要化學(xué)成分為MgCO3（分子量分子量84.31），并常伴生有），并常伴生有CaCO3、FeCO3、MnCO3、Al2O3和和SiO2等雜質(zhì)等雜質(zhì),

22、而相應(yīng)生成鈣菱而相應(yīng)生成鈣菱鎂礦、鐵菱鎂礦、錳菱鎂礦和鋁菱鎂礦、硅菱鎂礦等。鎂礦、鐵菱鎂礦、錳菱鎂礦和鋁菱鎂礦、硅菱鎂礦等。煉鎂原料簡(jiǎn)介煉鎂原料簡(jiǎn)介 煉鎂的主要原料煉鎂的主要原料 白云石白云石 白云石是碳酸鎂與碳酸鈣的復(fù)鹽，其分子式為白云石是碳酸鎂與碳酸鈣的復(fù)鹽，其分子式為CaCO3MgCO3，理論上含理論上含MgO21.8%，CaO30.4%，CO247.8%。CaO與與MgO的質(zhì)的質(zhì)量比為量比為1.39，大多數(shù)天然白云石中，大多數(shù)天然白云石中CaO與與MgO的質(zhì)量比為的質(zhì)量比為1.41.7。 水鎂石水鎂石 水鎂石是一種天然的氫氧化鎂，其分子式為水鎂石是一種天然的氫氧化鎂，其分子式為Mg（O

23、H）2,具有具有層狀結(jié)構(gòu)，屬三方晶系，解理（層狀結(jié)構(gòu)，屬三方晶系，解理（0001）極完全。常見(jiàn)微觀形貌有）極完全。常見(jiàn)微觀形貌有塊狀、球狀及纖維狀三種。塊狀、球狀及纖維狀三種。其它其它 除了前述的鎂資源外，還有硫酸鎂礦和含鎂硅酸鹽礦等。除了前述的鎂資源外，還有硫酸鎂礦和含鎂硅酸鹽礦等。 五水氯化鎂制備五水氯化鎂制備 無(wú)水氯化鎂制備無(wú)水氯化鎂制備 氯化鎂水合物脫水過(guò)程及關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)氯化鎂水合物脫水過(guò)程及關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn) 同時(shí)，脫水過(guò)程中也會(huì)發(fā)生如下的副反應(yīng)：同時(shí)，脫水過(guò)程中也會(huì)發(fā)生如下的副反應(yīng)：從上面反應(yīng)式可知，水合氯化鎂從六水合物到二水從上面反應(yīng)式可知，水合氯化鎂從六水合物到二水合物的脫水較容易，

24、而它的低水合物合物的脫水較容易，而它的低水合物( (二水和一水合二水和一水合物物) )會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)，同時(shí)脫水所生成的氯化鎂還要發(fā)會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)，同時(shí)脫水所生成的氯化鎂還要發(fā)生水解。生水解。怎樣脫水？怎樣脫水？在一定條件下還可能發(fā)生下面這個(gè)反應(yīng)：在一定條件下還可能發(fā)生下面這個(gè)反應(yīng)：無(wú)水氯化鎂制備無(wú)水氯化鎂制備 氯化鎂水合物的脫水方法簡(jiǎn)介氯化鎂水合物的脫水方法簡(jiǎn)介（1）氯化氫保護(hù)氣氛下脫水）氯化氫保護(hù)氣氛下脫水 氯化氫保護(hù)氣氛下脫水基于以下兩個(gè)反應(yīng)氯化氫保護(hù)氣氛下脫水基于以下兩個(gè)反應(yīng) :2 +2O = +及及2 +2O = +2在一定溫度下反應(yīng)體系內(nèi)維持適當(dāng)?shù)穆然瘹錆舛染湍鼙苊饴仍谝欢囟认路磻?yīng)體系

25、內(nèi)維持適當(dāng)?shù)穆然瘹錆舛染湍鼙苊饴然V水解或使水解降至最低程度?；V水解或使水解降至最低程度。（2）氯氣熔融氯化脫水）氯氣熔融氯化脫水與保護(hù)氣氛下脫水相比與保護(hù)氣氛下脫水相比 ,氯化脫水以少量氯氣和石油焦的消氯化脫水以少量氯氣和石油焦的消耗為代價(jià)耗為代價(jià) ,避免了前者流程中的鹽酸解析過(guò)程和大量氣體在避免了前者流程中的鹽酸解析過(guò)程和大量氣體在系統(tǒng)中的循環(huán)系統(tǒng)中的循環(huán) ,過(guò)程大大簡(jiǎn)化過(guò)程大大簡(jiǎn)化 ,但熔融氯化脫水的環(huán)境條件顯得差但熔融氯化脫水的環(huán)境條件顯得差一些。這主要是由于氯化爐出料不可能在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行。一些。這主要是由于氯化爐出料不可能在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行。無(wú)水氯化鎂制備無(wú)水氯化鎂制備 無(wú)水氯化鎂

26、制備無(wú)水氯化鎂制備 （3）氯化氫熔融氯化脫水）氯化氫熔融氯化脫水 氯化反應(yīng)為氯化反應(yīng)為 : +2=2 +2 這里既起氯化作用這里既起氯化作用 ,又起抑制氯化鎂水解的作用。由又起抑制氯化鎂水解的作用。由于干燥粒料含及于干燥粒料含及2 很低很低 ,因此氯化及保護(hù)作用所需因此氯化及保護(hù)作用所需的用量低的用量低 ,這是該工藝的又一特點(diǎn)。這是該工藝的又一特點(diǎn)。（4）銨光鹵石脫水）銨光鹵石脫水先制備銨光鹵石先制備銨光鹵石 (MgCl2 NH4Cl62)后加熱脫水，其機(jī)理：后加熱脫水，其機(jī)理： MgCl2 NH4Cl62MgCl2 NH4Cl22 (183.5) MgCl2 NH4Cl(244.6)(342

27、.9)MgCl2 (342.9)（5）有機(jī)溶劑絡(luò)合與氨螯合脫水）有機(jī)溶劑絡(luò)合與氨螯合脫水 有機(jī)溶劑絡(luò)合脫水基本原理（以戌醇作溶劑）有機(jī)溶劑絡(luò)合脫水基本原理（以戌醇作溶劑） MgCl2 62O +6511OH = MgCl2 6511OH + 62O, MgCl2 6511OH = MgCl2 + 6511OH （加熱）（加熱） 。以有機(jī)溶劑絡(luò)合與氨螯合脫水原理：以有機(jī)溶劑絡(luò)合與氨螯合脫水原理： 先完成上述第一反應(yīng)先完成上述第一反應(yīng) ,接著接著 MgCl2 6511OH +63 = MgCl263 + 6511OH, MgCl263 = MgCl2+63（加熱）。（加熱）。 后一方法后一方法 ,

28、氯化鎂的水解程度更低氯化鎂的水解程度更低 ,因而無(wú)水氯化鎂產(chǎn)物中因而無(wú)水氯化鎂產(chǎn)物中氧化鎂及水含量較低。氧化鎂及水含量較低。無(wú)水氯化鎂制備無(wú)水氯化鎂制備 四、煉鎂的方法簡(jiǎn)述四、煉鎂的方法簡(jiǎn)述四、煉鎂的方法簡(jiǎn)述四、煉鎂的方法簡(jiǎn)述煉鎂方法的發(fā)展煉鎂方法的發(fā)展煉鎂方法的發(fā)展煉鎂方法的發(fā)展 第一階段第一階段化學(xué)法化學(xué)法 18081808年，英國(guó)科學(xué)家年，英國(guó)科學(xué)家H.H.戴維從氯化鎂中分離出了金屬鎂；戴維從氯化鎂中分離出了金屬鎂；19291929年法國(guó)科學(xué)家年法國(guó)科學(xué)家A,A,布西用布西用鉀、鈉蒸氣還原熔融氯化鎂鉀、鈉蒸氣還原熔融氯化鎂得到了金屬鎂；到了得到了金屬鎂；到了1919世紀(jì)世紀(jì)6060年代，

29、英國(guó)和美國(guó)才開(kāi)始年代，英國(guó)和美國(guó)才開(kāi)始用化學(xué)法得到了多一點(diǎn)鎂，此階段經(jīng)歷了用化學(xué)法得到了多一點(diǎn)鎂，此階段經(jīng)歷了7878年（年（1808-1808-18861886），但沒(méi)形成工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。），但沒(méi)形成工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。第二階段第二階段熔鹽電解法熔鹽電解法 1830年英國(guó)科學(xué)家年英國(guó)科學(xué)家M.法拉第首先用熔鹽氯化法制得了純法拉第首先用熔鹽氯化法制得了純鎂；鎂；1852年年P(guān).本生在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)對(duì)此法進(jìn)行了詳細(xì)的研本生在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)對(duì)此法進(jìn)行了詳細(xì)的研究；到究；到1886年在德國(guó)開(kāi)始了鎂德工業(yè)生產(chǎn)；年在德國(guó)開(kāi)始了鎂德工業(yè)生產(chǎn)；1909年開(kāi)始，年開(kāi)始，電解氯化鎂成為了工業(yè)生產(chǎn)鎂的第一大方法。電解氯化鎂成

30、為了工業(yè)生產(chǎn)鎂的第一大方法。 煉鎂方法的發(fā)展煉鎂方法的發(fā)展第三階段第三階段熱還原法熱還原法 氧化鎂真空熱還原法煉鎂的研究是氧化鎂真空熱還原法煉鎂的研究是19131913年開(kāi)始的，年開(kāi)始的，在在1913-19411913-1941年間，科學(xué)家們依次研究了硅作還原劑、年間，科學(xué)家們依次研究了硅作還原劑、鋁硅合金作還原劑來(lái)還原氧化鎂，一直到鋁硅合金作還原劑來(lái)還原氧化鎂，一直到19411941年，加年，加拿大拿大皮江皮江博士在渥太華建立了一個(gè)以博士在渥太華建立了一個(gè)以硅鐵為還原劑還硅鐵為還原劑還原煅燒白云石煉鎂原煅燒白云石煉鎂的實(shí)驗(yàn)工廠(chǎng)并獲得成功，并于的實(shí)驗(yàn)工廠(chǎng)并獲得成功，并于19421942年加拿大

31、政府在哈雷白云石礦建成了一個(gè)年產(chǎn)年加拿大政府在哈雷白云石礦建成了一個(gè)年產(chǎn)50005000t t金金屬鎂的硅熱法煉鎂廠(chǎng)后，皮江法煉鎂正式成為了工業(yè)屬鎂的硅熱法煉鎂廠(chǎng)后，皮江法煉鎂正式成為了工業(yè)煉鎂的第二大方法。煉鎂的第二大方法?，F(xiàn)行的主要兩大煉鎂工藝：熱法與熔鹽電解法現(xiàn)行的主要兩大煉鎂工藝：熱法與熔鹽電解法 熱還原法煉鎂簡(jiǎn)介熱還原法煉鎂簡(jiǎn)介熱還原法的概念熱還原法的概念 熱法煉鎂是利用某種還原劑，包括硅、硅熱法煉鎂是利用某種還原劑，包括硅、硅-鐵、鋁、鐵、鋁、鋁鋁-硅、鋁硅、鋁-硅硅-鐵、鈣、硅鐵、鈣、硅-鈣等，從含鎂化合物中還原鈣等，從含鎂化合物中還原提取金屬的一種工藝。提取金屬的一種工藝。 其

32、特點(diǎn)是：其特點(diǎn)是：可直接采用天然礦物原料可直接采用天然礦物原料，如白云石、，如白云石、菱鎂礦、蛇紋石等；菱鎂礦、蛇紋石等；加熱時(shí)不一定用電加熱時(shí)不一定用電，熱源可由煤、，熱源可由煤、煤氣、天然氣、石油、液化氣、重油等提供；工藝煤氣、天然氣、石油、液化氣、重油等提供；工藝過(guò)過(guò)程簡(jiǎn)單程簡(jiǎn)單；基建；基建投資少投資少；建廠(chǎng)快建廠(chǎng)快；生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生有害；生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生有害氣體；還原殘?jiān)勺魉嘣?、肥料或鑄型硬化劑；氣體；還原殘?jiān)勺魉嘣稀⒎柿匣蜩T型硬化劑；間接加熱的橫罐真空還原爐所得鎂純度高等。缺點(diǎn)是：間接加熱的橫罐真空還原爐所得鎂純度高等。缺點(diǎn)是：設(shè)備產(chǎn)能低；機(jī)械化程度差；半連續(xù)法所得鎂含硅量設(shè)備產(chǎn)能低；機(jī)械化程度差；半連續(xù)法所得鎂含硅量高；目前所用還原劑較貴。高；目前所用還原劑較貴。 熱還原法煉鎂簡(jiǎn)介熱還原法煉鎂簡(jiǎn)介熱還原法的分類(lèi)熱還原法的分類(lèi) 按照加熱方式按照加熱方式 外熱法：外熱法：皮江法皮江法 ；外熱法：外熱法：Magntherm法和法和Bolzano法法 與外熱法（與外熱法（皮江法皮江法 ）相比，內(nèi)熱法具有如下優(yōu)點(diǎn)：）相比，內(nèi)熱法具有如下優(yōu)點(diǎn)： 有較高的熱效率，因而噸鎂的能耗低有較高的熱效率，因而噸鎂的能耗低 ； 反應(yīng)溫度高，因而對(duì)物料活性的要求低反應(yīng)溫度高，因而對(duì)物料活性的要求低,鎂的還原效率和還鎂的還原效率和還原劑利用率較高原劑利用率較高,生產(chǎn)穩(wěn)定生產(chǎn)穩(wěn)定,反