最新镁冶金热还原法的原理与过程
从上面图可知：各种氧化物的△G值均随温度的 变化而变化，但变化的方向与幅度各不相同，有些 曲线的相互位置都发生了变化。
从图还可推知，只有在温度超过2373℃以后， SiO2的稳定性才会高于MgO的，才能发生如下反应：
计算表明：在温度低于2000K时，用Si还原MgO 根本就不可能。
●MgO·CaO还原的热力学原理
所以，硅热法炼镁，一般是在真空条 件下进行。
§3影响还原效率及硅利用率的因素
●还原温度
右图为p＝ 1716．2×105Pa，配硅 比＝1．1时在不同的时 间下，镁的还原效率与 硅利用率随着温度变化 而变化，图中虚线为镁 的还原效率，实线为硅 的利用率。此外还标注 了时间为1-2h时镁的还 原效率与硅的利用率的 数值。
从图中还可以看出，提高还原温度比延长还
原时间更能增加产量和提高硅的利用率。但是 在生产上由于还原罐材质受到影响，不能用提 高还原温度来缩短还原周期(即缩短还原时间) 达到高产的目的。这样做势必缩短了还原罐的 寿命。所以在低于1180℃温度下还原可适当延 长还原时间，但是绝对不能用提高温度、缩短 还原时间来提高镁的还原效率和硅的利用率。
那么，如果将常压改为真空状态， 会怎么样？下图是某些物质在不同真空 度下吉布斯自由能与温度的变化关系。
就反应：2MgO+Si=2Mg+SiO2而言， MgO、Si 、SiO2均为固态，其活度为1，此 时，吉布斯自由能的表达式为——
△G=△G0+RTlnpMg 当反应中 pMg ＜101.325pa时， RTlnpMg为负值， △G ＜ △G0这有利于将 反应的温度降低。
上图表明：
○随着温度的升高，在同一还原时间内，还原效率和 硅的利用率都有不同程度的提高。在低温区域内，镁的还 原效率和硅的利用率与温度的关系近似为直线，曲线的斜 度较大，也就是说，在低温区域内，同一时间内镁的还原 效率与硅的利用率增加更为明显。
○当温度超过1150℃以后，还原效率与硅利用率增加 较少，曲线趋于平缓。为了达到较高的镁的还原效率与硅 的利用率，温度必须高于1150℃，但是，当温度超过 1200℃以后，同一时间内的还原效率与硅的利用率增加也 不多，由于还原罐的材质在高温下抗氧化的性能较小，故 温度不能超过1200℃
从图可知，低品位硅铁中除了有FeSi2外，还有 FeSi、Fe3Si2等存在，而反应活性的顺序为： 85%Si>75%Si>45%Si>25%Si,因此Si含量低的活性 差，但是生产上为什么不用纯硅作还原剂？？
Hale Waihona Puke ●萤石§1.2硅热法炼镁的燃料 ●重油 ●半水煤气或煤气 ●烟煤和无烟煤
§2 硅热法炼镁的基本原理
上图表明，随着反应时间的延长，镁的还原效率和 硅的利用率随之增加。在反应开始阶段，镁的还原效率 和硅的利用率增加较快，曲线的斜率也较大。随着反应 的进行，开始时反应速度很快，后来反应速度急剧减小， 当反应进行一定时间后，曲线的斜率几乎为零，即反应 速度近于零。由此表明，还原反应进行一段时间后，反 应速度很慢，再延长反应时间已经没有意义了。对于不 同的还原温度，达到最大镁的还原率的时间不同， 1200℃时约为1．5h(实验值)，工业生产时为7．6h， 1150℃时约为1．75h(实验值)，工业生产时为8．5h。
从前面知道，用硅还原氧化镁时，如果常压则 温度必须超过2373℃，这在实际中实现起来很难，
并且在此高温下，SiO2与MgO会反应生成硅酸镁 。
成本问题，耐火材料问题，产物污染问题。
但是，根据热力学，如果反应过程中存在CaO， 则还原温度可降到1750℃，下页的图中列 出了某些复杂氧化物的吉布斯自由能与温 度的关系。
§2.1硅热法炼镁的热力学 ●MgO还原的热力学原理
为了将镁从氧化镁中还原出来，只有用 对氧亲和力大于镁对氧亲和力的物质作为还 原剂才行。通常，衡量氧化物亲和力大小的 是氧化物的标准吉布斯自由能。
图1-1中绘出了一系列氧化物标准吉布斯 自由能与温度的关系曲线。
Cu<Pb<Ni<Co<P<Fe<Zn<Cr<Mn<V<Si<Ti<Al<Mg<Ca
●还原时间
在一定的还原温度与体系的剩余压力 下，增加还原时间，可以使热传递的 深度增大，还原反应彻底，从而，镁 的产出率高，硅的利用率也高。下图 是配硅比＝1．1，P＝1716．2×105Pa， 在1100 ℃ 、1150℃、1200 ℃ 三种 温度下，不同还原时间内镁的还原效 率与硅的利用率变化。图中的虚线为 镁的还原效率，实线为硅的利用率。
镁冶金热还原法的原理与过程
前言
▲我国金属镁产量增大迅速。
1990年只有0.59万吨； 1999年镁产量达到12万吨，超过美国跃居第一； 2000年镁产量约为20万ｔ,几乎占世界产量的40%； 2006年镁产量达到61.3万吨，比1990年增长100倍。
▲ 我国镁工业发展之所以如此之快,一是改革开放的政 策,市场经济调动了地方、集体、个体兴办炼镁企业的积 极性;二是由于热法炼镁工艺的改进,使其投资少、技术 可行。目前我国炼镁方法几乎全部是热法炼镁。
所以，硅热法炼镁过程，最合适的还原温度范围 是1150-1180℃，在这一反应温度范围内，镁的 还原效率实验值可达93％-95％(还原时间为2h)， 工业生产中镁的还原效率可达85％以上(还原时 间为8h)，硅的利用率可达87％-88％(实验值)， 工业生产中硅的利用率可达70％—75％。为了达 到同样的还原效率，如果还原时间较短，则需更 高的还原温度和进一步降低还原体系中的剩余压 力(1—3Pa)o
从右图可知，当温 度超过2060℃后，会发 生如下反应：
4MgO+Si=2Mg+2MgO·SiO2
此反应是一个造渣 反应，可以降低反应温 度，然而也降低了MgO 的有效利用率。
当有CaO存在时， 由于2CaO ·SiO2比 2MgO·SiO2更加稳定…..
●MgO·CaO真空还原的热力学原理
从前面知道，常压下还原MgO的温 度超过2373℃，当有CaO存在时，还原温 度可降至1750℃，这么高温度在工业上 实现起来有相当难度。
镁粉的生产工艺
镁粉的生产工艺镁粉的生产工艺镁粉是一种重要的金属粉末材料，广泛应用于冶金、化工、电子、陶瓷、橡胶、塑料等领域。
镁粉的生产工艺主要包括镁矿石选矿、还原法和湿法制备等步骤。
首先是镁矿石选矿。
镁矿石一般主要有菱镁矿、透镁石和飘镁石等。
选矿工艺一般分为物理选矿和化学选矿两种方法。
物理选矿主要采用磁选、重选和浮选等手段，通过去除杂质、提高镁矿石的纯度。
化学选矿则是利用化学反应对镁矿石进行处理，提高镁的回收率。
选矿过程中，还需要对镁矿石进行破碎、磨矿等预处理操作。
然后是还原法。
还原法是利用电炉或矿热炉对镁矿石进行高温还原。
还原过程中，镁矿石与还原剂（通常是焦炭或木炭）在高温下发生化学反应，生成金属镁和一氧化碳气体。
还原反应常用的温度为600-800摄氏度。
还原过程中，需要注意控制温度和还原剂的用量，以保证反应的高效性和产品质量。
最后是湿法制备。
湿法制备镁粉主要是通过化学反应将镁矿石溶解，然后通过沉淀、稀释、过滤等操作将其分离出来。
湿法制备镁粉的主要步骤有溶解、沉淀、过滤、干燥等。
其中，溶解的方法有酸法溶解和氧化法溶解两种，沉淀则是通过调控pH值或添加沉淀剂来使镁溶液中的镁沉淀下来，过滤则是将沉淀物和液体分离，干燥是将湿沉淀物进行烘干，得到干燥的镁粉。
在镁粉生产过程中，还需要注意工艺技术和环境保护。
工艺技术要求操作者具备丰富的经验和专业知识，能够熟练掌握每个操作步骤的要求，保证产品的质量和安全。
环境保护方面，要严格控制废气、废水和固体废弃物的排放，合理利用和处理废弃物，降低对环境的影响。
总之，镁粉的生产工艺主要包括镁矿石选矿、还原法和湿法制备等步骤。
通过科学合理的操作和环保措施，可以高效地生产出优质的镁粉产品。
镁冶炼(二)
添加少量萤石(CaF2)粉能加速反应过程。反应在 900~1100℃及100Pa下进行，镁的收率可达到 65%。 但由于CaC2的活性较低，又易吸湿，物料流量大等 原因，此法目前也已停用。
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金属热还原法 用金属或合金作为还原剂的热还原过程。其反应通式
能用作还原剂的金属很多。但从经济方面考虑，工业 上主要用含Si75%的硅铁合金(Ferrosilicon)作还原 剂，此时硅铁中的硅起还原作用，铁不起作用。此 时又叫做硅热法(Silicothermic Processes)。在 某些场合也用铝硅合金作还原剂，此时硅和铝都起 作用。
有色金属冶金学
Non-ferrous Metallurgy
Magnesium Metallurgy 镁冶金（二）
朱 骏
zhujun@
有色金属冶金系 北京科技大学冶金学院
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2.3 Thermal Reduction Methods
根据还原剂的不同，热还原法炼镁可分为三种： 碳热还原法 以木炭、煤、焦炭等碳质材料作为还原剂，反应式：
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讨论：为什么使用75%的硅铁作还原剂？ 85%、75%、45%和25%四种硅铁， 其中，83% 的硅铁在合金组织中几乎全部 是以游离硅存在；75%硅的硅铁是由游离 硅和FeSi2存在；45%硅的硅铁是由FeSi2 和FeSi 组成；25%的硅铁完全是由 FeSi 和 Fe3Si2组成。 之所以采用75%硅铁合金作为还原剂，是综 合考虑了技术与经济两方面因素。
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Si(s) + 2(CaO· MgO)(s) = 2Mg(g) + 2CaO· SiO2(s)
ΔG0 = 492.21-0.27T kJ/mol ΔG = ΔG0 + RT ln(pMg/p0)2 欲使反应在1200℃下顺利进行，pMg = ？
镁热法生产海绵钛还原设备换热过程分析
镁热法生产海绵钛还原设备换热过程分析安鸿浩，吴复忠，金会心(贵州大学 材料与冶金学院，贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵阳 550025)摘要：以热工测试数据为基础，对还原过程中冷却空气的散热进行计算和分析，建立TiCl 4加料速度和空气散热强度之间的代数关系式，并以此关系式为基础对TiCl 4加料速度进行评估。
结果表明，加料速度与风速和一定范围内冷却空气的出口温度存在一定的关系，可以根据冷却空气风速和出口温度得到加料速度的评价值，一定程度上也可以预测加料速度范围。
关键词：海绵钛；强制换热；对流换热；冷却空气中图分类号：TF823；TF06 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2015）01-0000-00Analysis of Heat Transfer Process in Reduction Equipment of Titanium SpongeProduction by Magnesiothermic ReductionAN Hong-hao, WU Fu-zhong, JIN Hui-xin（School of Material & Metallurgy, Key Laboratory of Metallurgy and Energy Conservation of Guizhou, GuizhouUniversity, Guiyang 550025, China ）Abstract : Based on thermal test data, the thermal of cooling air in reduction process was calculated and analyzed to establish an algebraic relationship between feed rate of TiCl 4 and air heat radiation intensity which is applied to evaluate feed rate of TiCl 4. The results indicate that feed rate relates with wind speed and outlet temperature of cooling air within a certain range. Evaluation value of feed rate according to wind speed and outlet temperature of cooling air can be obtained and applied to predict range of feed rate.Key words : titanium sponge; forced heat; convective heat transfer; cooling air镁热还原TiCl 4生产海绵钛的还原反应是一个剧烈的放热反应，还原反应器自热体系的多余热量通过反应器炉体表面对流换热排走，从而稳定TiCl 4的加料制度，维持还原体系的热平衡[1-3]。
热还原制备金属镁的反应热力学与工艺过程评价报告
热还原制备金属镁的反应热力学与工艺过程评价报告金属镁是一种广泛应用于工业、医疗和航空航天等领域的金属材料，在早期的工艺过程中，黄铜和铝合金是主要的镁合金的成分。
然而，现今的工艺已经发展到了新的高度，通过热还原反应制备金属镁已成为了一种较为成熟的工艺过程。
本文将对这一工艺进行反应热力学与工艺过程的评价报告。
一、反应热力学评价热还原法制备金属镁的反应方程式为：MgO(s) + C(s)→ Mg(g) + CO(g)该反应的ΔH为300kJ/mol。
从反应热力学方面来看，这个反应是放热反应，而且它的放热量相对较大。
这意味着反应体系需要充足的热能供给，以保证反应的进行。
反应的热力学评价还需考虑产物CO的性质。
CO是一种有毒有害的气体，在管道输送、储存和排放过程中，在环保和人身健康方面会存在一定的危险。
所以，在生产过程中应该设备充足的储气罐、检测设备和可控制的操作流程，以确保生产过程的安全性。
二、工艺过程评价1. 选用适当的原料热还原反应需要的主要原料是MgO和炭，优质的原料能够提高反应的产出率。
优秀的原料应该含有应有的纯度标准，因为杂物会影响反应过程的进行，此外，原料越细越贵的生产成本也越高，所以需合理选择粒度和确保制备成本不超过生产标准。
2. 选用适宜的反应环境热还原反应需要较高的温度进行，制备过程中产物Mg在态上需要尽可能的减小与其他化合物的相互反应，所以应选择在惰性气体氛围下进行，减少与其他化合物的氧气接触。
3. 选择炉型反应建议采用电弧炉进行，该炉型既能提供足够的热能，而又能使反应体系在惰性气体的保护下进行。
炉型选用优秀的款式，将可以保证反应炉的生产效率和质量。
4. 对反应过程进行严密控制热还原反应虽然是一种较为成熟的工艺过程，但反应过程依然需要严格的控制。
对开工前、反应中和收工后的各环节都需进行严密控制，以确保反应正常进行和反应产物的质量，随时可能的故障需要紧急处置。
总之，热还原法制备金属镁的反应热力学可行性较高，但工艺过程中也需要严格的控制。
TiCl4的还原 镁还原
2TiCl3+Mg=2TiCl2+MgCl2 △Go<0
TiCl2+Mg=Ti+MgCl2
△Go<0
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某些金属氯化物的∆G。值与温度的关系M*、B*·一金属熔点和沸点 ；M、B一氯化物熔点和沸点； 虚线一计算值；实线一实测值
二次反应：还原剂Mg不足的时发生以Ti为还原剂 的歧化反应。极大的降低还原效率。
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（2）操作过程
A：清洗过的镁锭加入反应 罐内。一 般还原剂过理论 量50%。 B：安装好反应器的大盖并 抽空检漏。 C：反应器吊入还原炉内， 在300℃下恒温脱水1小时， 继续升温，当温度达到 800℃时，加入TiCl4。加料 速度在反应初期比较慢，在 中期稍快，到后期再降低加 料速度。 D：在反应过程中，每隔一 定时间排放一次MgCl2。 （why）
间不会进一步降低 MgCl2含量。 ❖ 海绵钛结构：海绵钛的结构越致密，闭孔率越
1.避免了非联合法生产海绵钛的弊病及能耗高； 周期 长； 有玷污产品的可能。 2.还原蒸馏一体化工艺，实现了原料的闭路循环。所 用设备分。
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氧化钛电解直接提取钛
90％～95％; (3)930℃~ 960℃高温恒温阶段脱除占总量1％～2％的残
留MgCl2.
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真空蒸馏影响因素:
❖ 蒸馏温度：提高温度有利，但是过高会生成钛铁合金。 ❖ 压力：真空度高，有利于蒸馏物质的挥发，蒸馏速率越快 ❖ 蒸馏时间：当MgCl2含量降到一定程度以后，延长蒸馏时
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TiCl4的还原 镁还原
1.热力学分析 2.动力学分析 3.镁还原工艺
mg加热反应 -回复
mg加热反应-回复反应式mg + 1/2O2 →MgO引言：加热反应是化学中一种常见的反应类型之一。
在加热过程中，反应物的分子动能增加，分子间碰撞频率增加，从而增加了反应速率。
本文将以mg 加热反应为例，逐步分析该反应的机理和特点。
I. 反应机理mg加热反应是一种氧化反应，其中镁(mg)与氧气（O2）经过反应生成镁氧化物（MgO）。
具体的反应机理可以用以下几个步骤来描述：步骤1：镁与氧气分子之间发生碰撞，形成镁离子（Mg2+）和氧离子（O2-）。
Mg + 1/2O2 →Mg2+ + O2-步骤2：镁离子与氧离子重新组合，生成镁氧化物晶体（MgO）。
Mg2+ + O2- →MgO整个反应的化学方程式可以写为：mg + 1/2O2 →MgOII. 特点和影响因素mg加热反应具有一些特点和受到一些因素的影响。
下面将分别进行讨论：1. 反应速率：加热反应条件下，反应速率通常会增加。
这是由于加热使得反应物分子动能增加，从而提高了反应物分子间碰撞的频率和能量。
因此，更多的反应物分子能够克服活化能并成功反应，从而加快了反应速率。
2. 温度：温度是加热反应的主要因素之一。
随着温度的升高，反应物分子动能增加，反应速率增加。
这是因为在高温下，反应物分子具有更高的平均动能，更容易克服反应物分子间的排斥力并发生反应。
3. 催化剂：催化剂可以加速反应速率，降低反应所需的活化能。
在mg 加热反应中，催化剂的存在可以促进镁与氧气之间的反应，从而加速生成镁氧化物。
4. 反应物浓度：反应物浓度对于加热反应的速率有一定的影响，尤其是在液相反应中。
然而，在mg加热反应中，反应物镁是固体形式存在，其浓度变化不大，因此对反应速率的影响较小。
III. 应用和意义mg加热反应在现实生活和工业中具有广泛的应用和重要意义。
以下几个方面是该反应常见的应用和意义：1. 防腐剂和护膜处理：镁可以与氧气反应生成稳定的镁氧化物，该氧化物可以用作防腐剂和护膜材料，应用于钢铁等金属的表面处理，以防止氧化腐蚀。
金属镁生产工艺概述
文章编号：1672-1152（2011）03-0001-04
山西冶金 SHANXI METALLURGY
金属镁生产工艺概述
Total 131 No.3，2011
孙晓思
（太原科技大学应用科学学院， 山西 太原 030024）
摘 要：简要介绍了金属镁生产工艺—— —电解法和热还原法；详细介绍了我国现存的主要镁生产方法—— —皮江
二战前，全球生产金属镁的方法只有一种— —— 电解法 （以菱镁矿为主要原料）。但电解法耗资巨 大，工艺复杂。二战期间，由于军事工业的发展，镁合 金的需求量急剧增加，又由于含镁矿石资源中以白 云石的储量最多且分布最广，所以自 1938 年起由奥 地利和美国开始在高温真空条件下，用碳作还原剂，
·2·
山西冶金 E- mail:yejinsx@
热还原法即硅热法炼镁工艺，其原理为：硅（一般 为 w(FeSi)＝75％的合金）在高温（1 100~1 250 ℃） 和真空（13.3~133.3 Pa）条件下，还原白云石中的氧 化镁为金属镁，其化学反应可表示为：
2（MgO·CaO）+Si=2Mg↑+2CaO·SiO2 传统的硅热还原法，按照所用设备装置的不同 分为四种：皮江法（Pidgeon Process）、巴尔札诺法 （Balzano Process）、玛格尼法（Magnetherm Process） 和 MTMP 法［6］。 由于白云石资源分布广泛，储量丰富，而皮江法 炼镁可以直接采用其作原料；并利用天然气、煤气、 重油和交流电等作热源；工艺流程简单，建厂投资 少，生产规模灵活；反应炉体小，建造容易，技术难度 小；成品镁的纯度高。这些特点恰恰符合我国的实际 国情，因此，皮江法在我国得到了广泛的发展和应 用。到目前为止，皮江法仍是我国生产金属镁的主要
应用镁金属化学还原法制备多孔
应用镁金属化学还原法制备多孔碳素类材料因具有低且平稳的工作电压、良好的循环性能和高安全性等优点，下面是小编搜集整理的一篇探究镁金属化学还原法应用的论文范文，欢迎阅读查看。
摘要:以二乙烯基苯和聚硅氧烷为原料经先驱体转化法制备Si-O-C材料，利用镁金属在惰性气氛保护下高温还原制备多孔的Si/Si-O-C负极材料。
利用X射线衍射、能谱分析、元素分析和场发射扫描电镜分析多孔Si/Si-O-C负极材料的组成、结构、形貌，从而研究利用镁金属化学还原法制备多孔Si/Si-O-C负极材料的机理。
结果表明，镁金属在还原过程中生成MgO和Mg2SiO4等产物，经HCl洗涤后可形成多孔的Si/Si-O-C负极材料。
Si/Si-O-C材料中的单质硅分布于多孔的Si-O-C相中，一定程度上可缓解Si在循环过程中产生的体积效应。
利用镁金属还原Si-O-C材料制备多孔Si/Si-O-C材料是一种可行的制备方法。
关键词:Si/Si-O-C负极材料;镁金属;还原;机理碳素类材料因具有低且平稳的工作电压、良好的循环性能和高安全性等优点而成为目前商业化锂离子电池中最常用的负极材料[1-2]。
然而石墨类碳材料的理论比容量仅为372mAhg-1，因此，为满足锂离子电池高比能量和高比功率的要求，需要探索新型的负极材料[3-5]。
硅材料是已知其他材料中具有最高比容量(4200mAhg-1)的新型负极材料，但是在锂离子嵌入后体积膨胀(360%～400%)，结构容易坍塌，从集流体上脱落从而导致较大的不可逆容量[6-7]。
针对这一问题，国内外学者开展了大量的研究，如纳米化[8-11]、薄膜化[12-16]、复合化[17-21]等。
在上述的解决办法中，通过高温裂解先驱体制备含硅的硅氧碳化物Si-O-C复合负极材料是一条行之有效的方法，在这一方面已进行了大量的研究工作，发现Si-O-C复合负极材料具有较高的可逆容量和较好的循环性能[22-26]。
通过改变先驱体的组成和结构，或者通过一定工艺条件可控制Si-O-C 复合负极材料中生成单质硅，即制备出Si/Si-O-C负极材料[23-24]。
热还原法,冶炼金属范围与其他方法
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它在金属冶炼领域中占据着重要的地位，广泛应用于铁、铜、铅、锌等金属的生产中。
与其他冶炼方法相比，热还原法有其独特的优势和适用范围。
首先，让我们了解一下热还原法的基本原理。
热还原法利用高温将金属矿石中的氧化物还原成金属的过程。
在高温下，金属氧化物会失去氧元素，从而得到纯金属。
镁热还原过程.
随着反应的进行，镁量逐渐减少，镁的扩散速度 受到限制，反应速度降低，逐渐进入不稳定阶段。此 时压力波动较大，加料速度就应逐渐减少，否则压力 增大，生成低价物TiCl3、TiCl2量也增加。
项目五 镁热还原过程
任务一： Mg还原TiCl4的可行性分析
单元一：热力学分析 单元二：动力学分析 单元三：还原机理
任务二： Mg还原TiCl4的生产工艺
单元一：原材料的准备 单元二：还原设备 单元三：生产工艺流程
任务三： MgCl2的电解过程
单元一：电解的基本原理 单元二：电解的主要设备 单元三：电解工艺流程
另外，在液镁表面生成的粉末钛活性很大 ，可与熔体表面的氧化膜作用，并沉积于反 应器底部，破坏了氧化膜，起到了净化液镁 的作用。
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2.还原中期
在反应中期，由于熔体内存在充足的镁， 反应速度大。因此反应剧烈，使反应速度逐 渐增高，以熔体表面料液集中的部位温度最 高，甚至可超过1200℃。此时应该排出余热 和控制加料速度。
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2.反应温度
提高温度能使反应速率迅速增加。而且在 高温反应过程中，伴随释放的反应热，使自 加热产生自加速。
同时，提高反应温度还能明显改变体系内 各 组 成 的 性 质 。 当 温 度 高 于 720℃ 后 ， Mg 和 MgCl2均呈液态，流动性良好，且温度越高熔 体粘度越小，流动性也越好，扩散阻力也小 ，更有利于Mg的扩散和MgCl2的迁移，即对还 原反应越有利。