CaC2還原MgO熱力學(xué)綜合與試驗(yàn)鉆研
白文對(duì)常壓及真空條件下以碳化鈣為還原劑制取非金屬鎂的熱力學(xué)綜合,劃算出失調(diào)狀態(tài)下鎂蒸汽的露點(diǎn),齊頭并進(jìn)行真空熱還原試驗(yàn)鉆研。后果表明:常壓下臨界反響熱度為2095K;當(dāng)零碎壓力降至103Pa和10Pa,臨界反響熱度順次降為1376K和1030K;達(dá)成失調(diào)時(shí),還原熱度1316K時(shí),鎂蒸汽的露點(diǎn)為熔點(diǎn),還原熱度為1273K、1373K時(shí),露點(diǎn)別離為901K、958K。升高還原熱度或延伸還原工夫可普及鎂收率和CaC2利用率;實(shí)踐配比的反響物料在1423K條件下還原2h的鎂收率為83.1%。而當(dāng)還原工夫達(dá)成2.5h,鎂還原率和CaC2利用率均勝于80%。
真空冶金技能在有色非金屬資料生產(chǎn)上面的利用日益寬泛,如高熔點(diǎn)非金屬和合金資料的真空熔煉,復(fù)合物的真空合成制取非金屬,氧化物真空熱還原等。在我國(guó),非金屬鎂的生產(chǎn)就是采納真空冶金技能。依據(jù)運(yùn)用還原劑的差異,又分為硅熱法、碳熱法、鋁熱法等。水環(huán)式真空泵
硅熱法以硅(硅鐵)為還原劑,在真空條件下低溫提取非金屬鎂,該步驟能耗高,尤其在還原階段生產(chǎn)1kg鎂須要消費(fèi)規(guī)范煤5kg～6kg,占其整個(gè)鎂生產(chǎn)內(nèi)中的60%～70%。碳是一種廉價(jià)的還原劑,碳熱法煉鎂停滯后勁較好,其要害技能在乎須要快捷冷凝鎂蒸汽以及預(yù)防逆反響產(chǎn)生。昆明理工大學(xué)鉆研了以煙煤為還原劑在中型還原爐中提取非金屬鎂,反響熱度掌握在1823K左右,反響工夫60min后可失掉89.1%的鎂還原率。挪威GrjotheimK等鉆研了鋁作還原劑提取非金屬鎂,在真空條件下反響熱度較低,熱度為1388K時(shí),鎂失調(diào)蒸汽壓達(dá)102Pa。夏德宏傳授鉆研了以非金屬鈣為還原劑,并設(shè)計(jì)一種能夠陸續(xù)生產(chǎn)的新型鎂還原安裝,反響熱度掌握在1113K～1363K。
白文從熱力學(xué)觀點(diǎn)綜合運(yùn)用碳化鈣從氧化鎂中提取非金屬鎂在常壓、真空條件下的吉布斯自在能與反響熱度關(guān)系,劃算失調(diào)狀態(tài)產(chǎn)生鎂蒸汽的露點(diǎn)與冷凝熱度,繼續(xù)了全體工藝條件下提取非金屬鎂試驗(yàn),為深刻鉆研提供參考。1、反響機(jī)理的熱力學(xué)綜合1.1、常壓下的熱力學(xué)綜合
碳化鈣還原氧化鎂制取非金屬鎂的根本還原反響如次:
反響(1)所波及的物質(zhì)在298K時(shí)的焓H0和熵S0,某些熱度規(guī)模內(nèi)的Cp,以及有關(guān)物質(zhì)相變自在焓和相變熵見(jiàn)表1。
依據(jù)表1數(shù)據(jù)和式(2)～(7),劃算出還原反響式(1)的吉布斯自在能ΔG0T與熱度T的關(guān)系:
式(8)模仿成線性方程:
由式(8A)劃算當(dāng)T=2095K時(shí),ΔG02095≈0,即常壓下碳化鈣還原鎂的臨界反響熱度T0為2095K。
2.2、試驗(yàn)后果與探討
試驗(yàn)終了結(jié)冰后存入結(jié)晶器上的鎂,綜合鎂中雜質(zhì)含量總和小于2%。依據(jù)失掉的鎂分量按如次公式劃算鎂收率ηMg和CaC2利用率ηCaC:
式中,m為試驗(yàn)前物料團(tuán)中的鎂實(shí)踐量,m’為試驗(yàn)后失掉的鎂的品質(zhì)。
當(dāng)試驗(yàn)熱度別離掌握在1273、1323、1373、1423K時(shí)還原2h的鎂收率和CaC2利用率如圖2所示。圖3為1423K時(shí)還原工夫?qū)︽V收率和CaC2利用率的莫須有。相反配比(MR)的反響料在1423K下還原2h時(shí)鎂收率和CaC2利用率曲線如圖4。
圖2 相反還原熱度的ηMg和ηCaC 圖3 相反還原工夫的ηMg和ηCaC 圖4 相反配比的ηMg和ηCaC
由圖2能夠看出:在熱度掌握在1273K下還原2h,鎂收率和CaC2利用率低于40%,還原反響不徹底;隨著還原熱度的升高,鎂收率迅速普及,從1273K升至1373K,鎂收率可普及30%之上;當(dāng)還原熱度升至1423K時(shí)鎂收率達(dá)80.5%,CaC2利用率達(dá)成84.5%。注明升低溫度可普及還原反響進(jìn)度,鎂收率得以改善。
由圖3看出,當(dāng)MR為1105,1423K還原115h鎂收率約79%,延伸0.5h后升至80%,接續(xù)延伸反響工夫可普及鎂收率和CaC2利用率。從2.5h延伸至3h,鎂收率雖有所普及,但不顯然,僅普及0.3%。在1423K條件還原工夫掌握在2.5h左右比擬合適。
從圖4能夠看出,在MR在0.97～1.20規(guī)模時(shí),1423K還原2h的鎂收率隨配比的增多而縮小,而CaC2利用率失去普及。還原反響物料的實(shí)踐配比(MR=1)時(shí),可失掉較高的鎂收率和碳化鈣利用率,為83.1%。3、論斷
(1)經(jīng)過(guò)熱力學(xué)綜合劃算了CaC2還原氧化鎂的反響自在能與反響熱度之間的關(guān)系,常壓下臨界反響熱度為2095K。真空條件下,還原反響臨界熱度升高動(dòng)機(jī)顯著,當(dāng)零碎壓力升高至103Pa、102Pa和10Pa時(shí)臨界反響熱度順次降為1376、1178和1030K。
(2)零碎達(dá)成失調(diào),還原熱度為1316K時(shí)鎂蒸汽的露點(diǎn)為熔點(diǎn)(924K),還原熱度在1273、1373、1473K時(shí),露點(diǎn)別離為901、958、1005K,冷凝分?jǐn)?shù)要達(dá)成0.99則冷凝熱度無(wú)須別離掌握在719、752、782K以次。
(3)利用CaC2作還原劑從煅白中提取非金屬鎂內(nèi)中升高還原熱度或延伸還原工夫,可普及鎂收率。當(dāng)還原熱度在1423K左右,還原2.5h比擬合適,此時(shí)鎂還原率勝于80%。反響物料為實(shí)踐配比在1423K條件下還原2h,鎂收率為83.1%。
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