真空碳熱還原白云石制鎂的基礎(chǔ)研究.pdf

1、真空碳熱還原白云石制鎂的基礎(chǔ)研究重慶大學碩士學位論文（學術(shù)學位）學生姓名：汪浩指導(dǎo)教師：謝衛(wèi)東教授專業(yè)：材料加工工程學科門類：工學重慶大學材料科學與工程學院二O一三年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要鎂及鎂合金被譽為最具潛力的“綠色工程材料”。隨著鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域的快速擴展，對原鎂的需求迅速增加，極大的促進了煉鎂技術(shù)的進步。目前金屬鎂的制備方法主要有電解法和熱還原法，但兩者都存在能耗高、污染大、成本高等問題。為提高熱還原制鎂還原率、降

2、低成本、縮短工藝流程，探索經(jīng)濟、高效、環(huán)保的金屬鎂制備新途徑，本文重點研究了以廉價的碳作為還原劑的真空碳熱還原制鎂新方法；較為系統(tǒng)的研究了新方法的熱力學、動力學；通過碳熱還原實驗制備出金屬鎂，并對產(chǎn)物形貌及冷凝方式進行分析，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)進行了白云石與焦碳混合物料真空熱分解反應(yīng)熱力學、動力學的理論分析和實驗研究，結(jié)果表明：在10~100Pa的系統(tǒng)壓強下，白云石與碳混合物料分解時，碳酸鎂、碳酸鈣加碳分解時的分解溫度比常壓下

3、單純碳酸鎂、碳酸鈣的分解溫度分別低85、412K，白云石與碳混合物料真空分解與白云石傳統(tǒng)高溫煅燒工藝相比具有顯著技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。(2)計算并分析了真空碳熱還原白云石分解產(chǎn)物的反應(yīng)進行熱力學。結(jié)果表明：在壓強為10Pa時，MgO、CaO碳熱還原反應(yīng)的臨界溫度分別為1354K、1532K，MgO臨界溫度比CaO低178K；在壓強為10Pa，溫度為1373K~1523K時，氧化鎂能被還原，而氧化鈣則不能被還原，碳熱還原白云石分解產(chǎn)物制鎂在熱力學

4、上可行。(3)進行了真空碳熱制鎂實驗研究。結(jié)果表明：提高反應(yīng)溫度、延長時間、降低壓強，添加CaF2等均能提高還原反應(yīng)速度和還原率；溫度為1423K1473K時，延長反應(yīng)時間，還原率提高較小，溫度為1473K1573K時延長反應(yīng)時間還原率提高較快，在1573K時反應(yīng)60min，還原率可達83.7%，繼續(xù)延長時間，鎂還原率的增加不明顯。當CaF2添加量低于5%時，氧化鎂的還原速度隨著CaF2添加量的增加而增大，當CaF2添加量高于5%時，繼

5、續(xù)增加CaF2時還原速度提高不明顯。(4)觀測、分析了碳熱還原制備的金屬鎂的成分、形貌及其成因。發(fā)現(xiàn)，在壓強10Pa、溫度1523K下得到的金屬鎂呈片狀、針桿狀等形狀，其中，片狀鎂的Mg含量約95%，主要出現(xiàn)在凝壁上端，較為致密，其成因估計為較好冷凝條件下核生長；而針桿狀產(chǎn)物鎂的鎂含量為44.33%，表層被氧化，主要出現(xiàn)在冷凝壁下端，其微觀形貌呈羽毛狀，結(jié)構(gòu)疏松，估計是由于冷凝區(qū)間存在垂直于冷凝壁的溫度梯度，從而形成沿著壁向內(nèi)部生長的羽