铝硅合金热法炼镁的理论分析
2024年硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案
2024年硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案____年硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案摘要：随着全球能源危机日益严重，人类对于节能和清洁能源的需求越来越迫切。
本文旨在探讨____年硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案。
首先，介绍了硅热法炼镁的原理和工艺，并分析了其存在的能源消耗问题。
然后，提出了三个解决方案：优化流程、利用余热和开发可再生能源。
最后，对这些方案的实施进行了评估和展望。
1.引言____年全球能源危机日益严峻，传统能源资源日益减少，对节能和清洁能源的需求迫切。
硅热法炼镁是一种重要的冶金工艺，但其存在能源消耗问题，需要采取相应的解决方案来实现节能和清洁能源的目标。
2.硅热法炼镁的原理及工艺硅热法炼镁是一种通过将镁矿石和硅粉在高温环境中反应，从而生成镁的冶金工艺。
其反应方程式如下：MgO + Si → Mg + SiO2这种工艺具有原料简单、操作方便、产品纯度高等优点，已成为主要的镁生产方法之一。
然而，硅热法炼镁的过程中存在能源消耗较大的问题，如高温需求、电能消耗等。
3.节能解决方案为了解决硅热法炼镁的能源消耗问题，我们提出了以下三个解决方案：3.1 优化流程通过优化硅热法炼镁的工艺流程，可以降低能源消耗。
首先，可以改进反应器的结构和设计，提高反应效率和产量。
其次，可以引入先进的控制系统和自动化设备，提高生产效率和能源利用率。
此外，还可以优化原料的选择和配比，减少能源消耗。
3.2 利用余热硅热法炼镁的过程中产生大量的余热，可以利用余热进行能量回收和再利用。
例如，可以采用余热回收装置，将余热转化为热能或电能，用于供热、发电等用途。
此外，还可以将余热用于生产其他产品，实现能源的综合利用。
3.3 开发可再生能源在____年，可再生能源已经成为主流能源之一。
通过开发可再生能源，可以替代传统能源，降低能源消耗和环境污染。
例如，可以利用太阳能、风能等可再生能源提供所需的电力、热能等能源需求。
此外，还可以开发新型的清洁能源技术，如核能、氢能等，为硅热法炼镁提供清洁能源解决方案。
多热源内热式镁冶炼炉内温度分布规律模拟与实验研究
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学位论文作者签名�孑乜捅毳日期�
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本人完全了解学校有关保护知识产权的规定�即�研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索�可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证�毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。
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通过对真空硅热还原氧化镁的热力学分析以及新型内热式多热源真空冶炼炉温度场的传热分析确定真空硅热还原氧化镁的热力学参数和建立温度场导热的数学模型采用有限元法对冶炼炉温度场进行离散化处理建立温度场的几何模型确定相关的物性参数用ansys软件对温度场进行数值模拟通过数值模拟以及实验结果分析新型冶炼炉温度场的分布与叠加规律以及传热传质规律获得热场叠加区优化有益传热及传质的途径为新工艺提供理论指导
利用工程模拟软件������模拟对比了传统皮江法还原罐内温度分布和新型内热 式多热源冶炼炉内温度规分布规律。模拟研究了内热式单热源、双热源和三热源时炉内 温度分布规律。模拟证实�新工艺与传统工艺相比具有�还原时间短�炉内温度场均匀� 能耗低�还原效率高等优点�炉内热源数目增多�炉体尺寸增大�装料量增加�单炉产
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。
实验五`硅热还原法炼镁的热力学分析
实验五、 硅热还原法炼镁的热力学分析【实验性质】 网络平台实验 ；学时：21实验目的掌握标准状态和非标准状态时化学反应等温方程式的计算方法及应用，能分析温度、活度、分压等因素对化学反应方向的影响；理解硅热还原法炼镁的热力学原理。
掌握FactSage 软件的Reaction 模块的主要用法。
2实验原理及内容工业上目前生产金属镁的主要方法为硅热还原法，其主要过程为在1100-1300C 的高温、真空条件下利用硅铁从含MgO 的白云石中还原获得金属镁。
主要反应为MgO + 0.5 Si= Mg(g) +0.5 SiO 2当温度为T 时，该反应的等温方程为：其中：本实验通过对标准态、非标准态时等温方程的计算，说明如何利用真空能使一个大气压下难以进行的反应在真空条件下得以顺利进行。
计算内容：2.1标准状态时，Si 还原MgO 反应的还原温度；2.2非标准态时，研究温度对Mg(g)平衡分压的影响2.3非标准态时，研究SiO 2活度对平衡Mg(g)分压的影响3主要操作步骤FactSage 软件的Reaction 模块可以很方便地计算标准态或非标准态时化学反应，其主要包括两个步骤：1）设定化学反应方程式；2）设定计算条件。
需要注意的是在计算之前需要设定计算所使用的热力学数据库。
200000()0.50.5r SiO Mg g Si MgO G G G G G Δ=Δ+Δ−Δ−Δ2()0.500.5ln g SiO Mg r r Si MgO a P G G RT a a ⋅Δ=Δ+⋅3.1 标准状态时，Si还原MgO反应的还原温度3.1.1首先选择数据库：选用Fact53纯物质数据库3.1.2输入反应方程式：注意选择各物种的物相以及去掉非标准态的选项3.1.3 输入计算条件：设定deltaG=0,来计算标准态的还原温度3.2 非标准态时的计算3.2.1不同温度时Mg(g)的平衡分压在输入反应方程式时，选中非标准态的选项；设定Mg(g)分压为P下一步：设定计算的温度区间为1000 2000 100，表示所计算温度为1000K到2000K，步长为100K；再设定Delta G=03.3 分析SiO2活度对平衡Mg(g)分压的影响由SiO2-MgO相图可以知道，该反应的产物不可能为纯SiO2,而只能为(MgO)2SiO2，因此首先计算(MgO)2SiO2中SiO2的活度。
镁冶金热还原法的原理与过程
※含硅70％以下的硅铁还原能力很差，含硅75％以上 的硅铁还原能力较大，与含硅80％—90％之间的硅铁还 原能力相差不多。
●添加剂的种类及其用量的影响 通常添加MgF2和CaF2等物质/在实际生产中通常以萤
石粉(或CaF2)作为添加剂，尽管MgF2的添加量较小，但 其经济性较CaF2差。
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℃
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。
●炉料中的杂质的影响 ※炉料中的杂质SiO2、A12O3、Fe2O3、ZnO、MnO、
Na2O、K2O等是由煅白、硅铁和萤石带来的。 ※这些杂质在还原过程中有的会被还原．如Na2O、
硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案
硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案硅热法炼镁是一种重要的镁矿加工方式，其通过利用硅和分散在矿物中的镁进行还原反应，从而获得高纯度的镁金属或镁合金。
该方法具有节能、高效、清洁等显著优点，是促进我国清洁能源转型和资源循环利用的有效解决方案。
一、硅热法炼镁的基本原理硅热法炼镁是指利用硅和镁矿物质中存在的氧化镁进行反应，得到纯度高的金属镁或镁合金的加工方式。
具体反应为：Si + MgO= Mg + SiO2。
其中，硅氧化后会生成二氧化硅，同时被还原成金属镁；而镁氧化后会被还原成金属镁，同时生成氧气。
这种反应方式具有自身动力，不需要额外的外部能源，因此可以节约大量的能源。
二、硅热法炼镁的节能优势1.低能耗：硅热法炼镁是以稀有资源硅改变氧化物的还原状态，这个过程中无需高温和高能耗。
该方法与电弧炉或Pidgeon炉等传统的熔融法相比，其能耗只有前者的1/3左右。
2.高效率：硅热法炼镁的炉渣是SiO2，它具有很高的液温，可达到1800℃以上，可以作为一种优良的耐火材料，可以大量替代与减少传统高温生产中的石墨或石墨化物等材料。
同时，硅热法炼镁的反应速度较快，反应终点容易控制，因而可以获得高纯度的金属镁或镁合金。
3.可再生性：硅热法炼镁采用稀有资源硅作为还原剂，可以通过在生产过程中回收再利用，充分发挥其资源的可再生性和循环利用能力。
三、硅热法炼镁的清洁能源优势1.减少污染物：硅热法炼镁的反应过程中，不需要使用任何有机溶剂，没有废水、废气和固体废弃物的产生。
其炉渣可以用于耐火材料的再生利用，降低了对环境的影响。
2.可持续发展：硅热法炼镁采用的稀有资源硅具有丰富的储备量和分布，同时也可以回收再利用，能够实现可持续发展。
3.促进清洁能源转型：硅热法炼镁的能源性质不需要石化燃料，因此可以大量减少CO2的排放量，符合清洁能源转型的需要。
四、结语作为一种低成本、高效率的镁矿加工方式，硅热法炼镁具有较高的节能和清洁能源优势，可以在推动我国资源节约、循环经济和清洁能源转型方面发挥积极的作用。
硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案
硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案
硅热法炼镁是一种利用硅和炉渣还原炼制镁的方法，该方法具
有节能、环保、高效等特点，逐渐成为炼镁工业的主要前沿技术。
本文旨在探究硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案。
首先，硅热法炼镁相比传统方法有很大的节能潜力。
传统炼镁
方法主要使用电力或煤炭等化石能源来加热和还原镁矿，这样就会
产生大量的温室气体和污染物，成为当今环境问题的主要源头。
而
硅热法炼镁则是通过使用炉渣和硅粉同步还原镁矿，具有高效节能、低排放的特点。
该方法可大幅减少能源消耗和大气污染物排放，并
有助于保护环境和资源的可持续利用。
其次，硅热法炼镁还可以为清洁能源提供新的解决方案。
炼钢
过程中产生的高碱度炉渣通常被视为污染和废弃物，而硅热法炼镁
则可将这些炉渣作为还原剂，从而降低生产成本和环境污染。
此外，硅热法炼镁还可以利用可再生能源作为炼制镁的能源源，如阳光、
风能、水力能等，以实现绿色能源的持续利用。
最后，硅热法炼镁还具有同时生产多种有价值的副产品的潜力，如硅、钙、锰等。
这些副产品可以被广泛使用于钢铁、冶金、建筑
等各个行业，也可作为新的能源储存和利用方式。
总之，硅热法炼镁作为一种高效节能、低排放、环保的新型炼
镁技术，将为清洁能源和可持续发展提供新的解决方案。
未来，应
不断推进硅热法炼镁的技术创新和应用研究，从而实现资源、能源、环境的可持续利用和发展。
硅热法炼镁工艺介绍 [兼容模式]
10
新型节能白云石煅烧系统——回转窑
回转窑长径比：筒体的有效长度L 与筒体内径D的比值。
带竖式预热器的回转窑长径比为 15~20
不带竖式预热器的回转窑长径比为 20~25
35
粉磨制球系统——除尘系统
粉磨制球系统配备有两套除尘系统 第一套： 煅白、萤石粉输送，硅铁破碎及输送 第二套： 混磨及压球系统 特点： 除尘系统采用高效低阻型脉冲袋式除尘器 在所有扬尘点、卸料点设置集尘罩 气体含尘浓度<50mg/Nm3
36
2013/2/17 12
生产过程自动化及其控制
对于工艺操作所需要的各种操作参数均引至计算机控 制系统,并视其重要程度分别进行指示，调节，记录， 积算，报警及联锁等，实现过程控制、顺序控制和逻 辑控制。 带有操作站的PLC控制系统
• 采用专用烧嘴向回转窑供热，可单独采用低热值燃气 （如发生炉煤气和半焦煤气）作为煅烧燃料，燃烧温 度可通过调节空、煤气流量来调整。
22
新型节能白云石煅烧系统——技术特点
技术特点 • 环保措施完善。煅烧尾气采用脉冲袋式除尘器除尘，
满足国家排放标准。在竖式冷却器落料点也采用了袋 式除尘器除尘。 • 自动化水平高。煅烧系统设备生产操作的调节、控制 和报警采用PLC在主控室集中控制，并设有各控制点 的画面显示及必要的联锁监控，对生产过程中所用的 操作参数进行自动记录，并可随时打印。
特点： 在线修改全部系统参数及日期 在线打印参数及生产报表 采用WINDOWS嵌入式测控软件，实现停电永久性保 护系统参数及产量。 控制系统具有12种控制类型，不同类型的秤体可在同 一控制系统中同步工作。 控制系统工作方式有3种：机旁控制、DCS远程控制、 通讯控制（通讯距离1200M），具有RS485和RJ45网络 接口能与上位机连接，可方便加入全厂集中控制系统 。
硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案
硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案硅热法是一种常用的炼镁技术，其过程中使用的是硅热剂将镁矿石还原为金属镁。
在传统的硅热法炼镁过程中，存在能耗过高、污染物排放量大等问题。
为了解决这些问题，以实现节能和清洁能源的目标，研究学者们提出了一些解决方案。
首先，提高炼镁过程中的能源利用率是节能的关键。
通过对硅热还原反应的控制和优化，可以减少能源浪费。
例如，通过对炼镁过程中温度、压力、反应时间等参数的调整，可以提高反应效率和能源利用率。
此外，使用高效的硅热剂料和降低硅热剂用量也是重要的手段之一。
减少硅热剂用量不仅可以降低能耗，还可以减少硅热剂的生产和废弃物处理过程中的环境压力。
其次，引入清洁能源是实现清洁能源的关键。
传统的硅热法常使用煤炭作为主要能源，燃煤会产生大量的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等大气污染物。
为了减少污染物排放，可以考虑使用清洁能源替代传统能源。
例如，利用天然气或生物质替代煤炭作为硅热法的燃料，可以大幅减少污染物排放。
此外，通过引入高效的氧化剂，如氧气等，也可以提高炼镁过程中的反应效率，减少传统能源的使用量。
第三，研发和应用高效的净化技术是实现清洁能源的重要手段。
在传统的硅热法炼镁过程中，炉内产生的高温废气中含有大量的污染物，如一氧化碳、氮氧化物等。
为了减少这些污染物的排放，可以引入高效的净化技术，如燃烧后废气处理、干法脱硫、脱硝等技术。
这些技术可以在一定程度上减少炼镁过程中的污染物排放，同时也有助于提高能源利用效率。
另外，研发新型的硅热剂和炼镁设备也是实现节能和清洁能源的重要途径。
传统的硅热剂在还原过程中会产生大量的废弃物，对环境造成一定的负担。
研发新型的硅热剂，如具有循环再利用性质的硅热剂，可以减少废弃物的产生，实现资源的循环利用。
此外，研发高效的炼镁设备，如大型高温反应器、高效的换热器等，也可以提高炼镁过程的能源利用效率和减少环境压力。
综上所述，通过提高炼镁过程的能源利用率、引入清洁能源、研发和应用高效净化技术以及研发新型的硅热剂和炼镁设备等手段，可以实现硅热法炼镁的节能和清洁能源目标。
铝热法炼镁成本-概述说明以及解释
铝热法炼镁成本-概述说明以及解释1.引言1.1 概述铝热法炼镁作为一种常用的镁炼制方法，近年来得到了广泛应用并取得了显著的成果。
本文将对铝热法炼镁的成本进行深入探讨。
了解铝热法炼镁的成本因素及其对炼镁成本的影响，对于有效降低生产成本，提高企业竞争力具有重要意义。
在铝热法炼镁过程中，主要涉及到原料费用、能源费用、设备维护费用等方面的成本。
铝热法炼镁的核心反应是铝与镁矿石之间的还原反应，因此镁矿石的价格就成为影响炼镁成本的重要因素之一。
此外，铝的用量和价格也会直接影响到炼镁成本的高低。
此外，铝热法炼镁过程需要使用大量的电力和煤气来提供热能，因此能源费用在总成本中所占比重较大。
另外，设备的维护和运行费用也是铝热法炼镁成本的重要组成部分。
为了保证铝热法炼镁工艺能够正常进行，需要投入大量的设备和技术人员来进行操作和维护。
这些设备的购置、运行和维护所需的费用也是成本的重要组成部分。
通过对铝热法炼镁的成本因素进行分析，可以看出降低镁炼制的成本具有重要意义。
为了降低原料成本，可以通过寻找更具竞争力的供应商来获取更优质且价格更合理的镁矿石。
另外，还可以通过提高反应效率和减少废料产生来降低能源费用。
同时，优化设备的运行和维护，降低相关的费用开支也是降低成本的重要途径。
综上所述，针对铝热法炼镁的成本进行深入研究和探讨，可以为企业降低生产成本，提高经济效益提供重要的参考和指导。
通过优化原料选购、提高能源利用率和降低设备运行维护成本等措施，铝热法炼镁成本的控制可以一定程度上实现，进而提升企业的竞争力。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写："1.2 文章结构"本文主要分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
引言部分主要对铝热法炼镁成本进行概述，并明确文章的目的。
首先介绍铝热法炼镁的基本原理和工艺流程，为读者提供必要的背景知识。
其次，探讨铝热法炼镁的成本因素和成本控制方法，希望通过这些内容了解该方法的成本状况以及如何降低成本。
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3 硅铁 、铝硅合金理论用量分析
3. 1 硅铁的理论用量分析 用硅铁还原金属镁的反应为 : 2MgO (s) + 2CaO (s) + Si (s) = 2CaO ·SiO2 (s)
以铝为还原剂生产金属镁的反应为 :
4/ 3Al (l) + 2MgO (s) = 2Mg (g) + 2/ 3 Al2O3 (s) 由此反应算出生产每吨镁理论需要 740kg 铝 。前 面 计 算 已 知 , 生 产 每 吨 镁 理 论 需 要 580kg 硅 。如 果 铝 硅 合 金 中 含 铝 55 % , 含 硅 41 % , 则 每 吨 铝 硅 合 金 中 的 铝 还 原 镁 743124kg ,硅还原的镁量为 70619kg 。由此算 出生产每吨金属镁理论需要这样的铝硅合金 689159kg 。 由于铝硅 合 金 在 反 应 温 度 下 呈 液 态 , 与 MgO 接触好 ,反应速度快 ,还原剂的利用率高 , 因此 ,还原剂只要过量 20 %左右就可能满足需 要 。这 样 , 实 际 生 产 上 铝 硅 合 金 单 耗 应 为 830kg/ t Mg 左右 。
· 42 · 轻 金 属 1998 年 №3
镁冶炼
铝硅合金热法炼镁的理论分析
姚广春 张晓明 郭清富 张东峰 柳晓梅
(东北大学 辽宁沈阳 110006)
摘要 : 为了降低热法炼镁的生产成本 ,提高生产效率 ,本文讨论了用电热法生产的粗铝硅合 金作为还原剂的热法炼镁的可行性 。通过对用铝 、硅还原镁的热力学计算 ,分析了降低还原 温度的可能性 ,同时还进行了铝硅合金和硅铁还原剂的理论单耗计算分析 。分析结果表明 , 用铝硅合金为还原剂的热法炼镁是可行的 。 关键词 : 铝硅合金 热法炼镁 还原剂
4 结 论
a. 用铝硅合金作为还原剂炼镁比用硅铁合 金为还原剂时 ,反应温度可以降低 。
b. 由于铝硅合金比硅铁合金活泼 ,并且铝 硅合金与氧化镁之间发生的是固 液反应 ,所 以 ,反应速度加快 ,可以缩短反应时间 ,提高生 产效率 。
c. 用铝硅合金作为还原剂炼镁 ,可以降低 镁的生产成本中消耗还原罐的成本费 。
为了降低还原反应温度 ,延长反应罐的使 用寿命 ,提高反应速度 ,降低生产成本 ,我们研 究了用电热法生产的粗铝硅合金作为还原剂的 热法炼镁的可行生 。通过对铝 、硅还原氧化镁 的热力学计算 ,分析了降低还原反应温度的可 行性 。讨论了以铝硅合金与硅铁作还原剂时的 动力学因素 ,分析了提高还原速率的可能性 。 此外 ,还计算分析了铝硅合金与硅铁作还原剂 时的理论单耗 。
根据理论分析结果 ,我们用电热法生产的 铝硅合金 (含铝 4415 %) 作为还原剂 ,进行了热 法炼镁的试验 ,并与用硅铁 (含硅 75 %) 作为还 原剂时做对比 ,试验结果将在后续文中报道 。
1 用铝 、硅还原金属镁的热力学分 析
热还原法炼镁是在高温下 ,利用还原剂将 镁从化合物中还原出来 。用金属作还原剂 ,如 果以 Me 表示 ,则还原过程的基本反应为 :
+ 2Mg (g) 由此反应计算出 ,生产每吨金属镁需要纯
硅 580kg 。如果使用 75 %硅铁 ,则生产每吨镁 理论消耗 770kg75 %硅铁 ;如果使用 70 %硅铁 , 则生产每吨镁理论消耗 830kg70 %硅铁 。
在硅铁合金中 ,一部分硅与铁结合成共熔 体 FeSi , 其余的硅以单质存在 。在 75 %硅铁 中 ,FeSi 共熔体中的硅占 1215 % ,这部分硅活 性很 低 , 不 能 参 加 反 应 。单 质 存 在 的 硅 为
· 44 · 轻 金 属 1998 年 №3
固 液反应速度大于固 固反应速度 。因此 ,用 铝硅合金作还原剂炼镁的反应速度比用硅铁作 还原剂炼镁的反应速度快 ,可以缩短还原反应 时间 。
由于硅热法炼镁属于固 固反应 ,为了使反 应物 之 间 紧 密 接 触 , 制 团 压 力 很 大 , 达 到 3000kg/ cm2 。而铝硅合金热法炼镁属于液 固 反应 ,制团压力不需要很大 ,制团压力太大对镁 蒸气的逸出不利 。
我国的热法炼镁厂都是采用以白云石为原 料 、硅铁为还原剂 、燃烧原煤加热的皮江法炼镁 技术 。由于硅铁的还原反应活性低 ,还原反应 温度达到 1180 ℃左右 。反应温度高使反应罐 使用寿命降低 ,一般反应罐使用寿命为 3～6 个 月 ,有的厂甚至平均寿命仅为 3 个月左右 。反 应罐的费用在生产成本中占很大的比例 ,反应 罐使用寿命低使镁的生产成本明显增高 。此 外 ,硅铁还原反应活性低还导致单罐次反应时 间长 ,一般为 8 小时左右 ,这也使镁的生产成本 增高 。
△G06 = △G07 - △G02 = 343467 - 196149 T
由此计算出反应 ⑹式的初始反应温度为
1475 ℃。 铝 、硅直接还原金属镁的初始反应温度差
为: △T = 207617 ℃- 1475 ℃ = 60117 ℃ 即 ,铝比硅直接还原金属镁的初始反应温
度降低 60117 ℃。 在生产过程中 ,反应物里含有氧化钙 ,氧化
△G09 = - 45920 + 38714 T (800～1800 K)
由反应 ⑼式和反应 ⑵式计算出反应 ⑻式的
反应自由能与温度关系为 :
△G08 = 7120967 - 4516189 T
反 应 的 初 始 温 度 为 157615 K , 即 ,
130315 ℃。
在常压下 ,用铝还原金属镁的反应 ⑻式的
铝热法还原金属镁的基本反应为 :
4/ 3 Al (l) + 2MgO (s)
= 2Mg (g) + 2/ 3 Al2O3 (s)
⑹
氧化铝的生成反应为 :
4/ 3 Al (l) + O2 = 2/ 3 Al2O3 (s)
⑺
△G07 = - 1120500 + 21412 T (932～2435 K)
由反应 ⑺式和反应 ⑵式得 :
初始反应温度比用硅还原金属镁的反应 ⑷式的
初始反应温度低 191157 ℃。也就是说 ,用铝比
用硅 作 还 原 剂 时, 初 始 反 应 温 度 降 低
191157 ℃。
1. 3 铝硅合金热法还原金属镁的分析
在铝硅合金中 ,铝是以 Al Si 共熔体的形
式存在 ,由于有硅的影响 ,铝硅合金还原金属镁
参 考 文 献
1 徐日瑶. 硅热法炼镁理论及工艺学. 中南工业大学. 1981 2 舒勇华. 东北大学硕士论文. 1995 3 梁 英 教 等. 无 机 物 热 力 学 数 据 手 册. 东 北 大 学 出 版 社.
1993 ,8
收稿日期 :1997 - 10 - 31
钙与氧化铝结合成更稳定的 12CaO·7Al2O3 化 合物 ,总反应式为 :
21MgO (s) + 12CaO (s) + 14Al (l) = 21Mg (g) +
12CaO·7Al2O3 (s)
⑻
12CaO·7Al2O3 的生成反应为 :
12CaO (s) + 7Al2O3 (s) = 12CaO·7Al2O3 (s) ⑼
⑸
△G05 = - 118800 - 1113 T (500～1700 K)
由反 应 ⑸式 、⑶式 和 ⑵式 计 算 出 ⑷式
△G04 : △G04 = △G05 + △G03 - △G02 = 441840 -
24919 T 由此计算出反应 ⑷式的初始反应温度为
1495107 ℃。即 ,在常压下 ,硅还原金属镁的初 始反应温度为 1495107 ℃。 1. 2 铝热法还原金属镁的热力学分析
硅与氧气的反应为 :
Si (s) + O2 = SiO2 (s)
⑶
1998 年 №3 轻 金 属 · 43 ·
△G03 = - 904760 + 173138 T (298～1696 K) 由反应 ⑶式和 ⑵式得出反应 ⑴式 △G01 ; △G01 = △G03 - △G02 = 560640 - 23816 T 由此计算出反应 ⑴式的反应初始温度为
mMgO + nMe = mMg + MenOm 从热力学角度讲 ,要将镁从氧化镁中还原 出来 ,还原剂对氧的亲和力必须大于镁对氧的 亲和力 ,即 ,还原剂的氧化物 MenOm 比 MgO 有 更高的化学稳定性 。
氧化物的化稳定性是用标准吉布斯自由
能变化 △G°量度的 , △G°负值越大的氧化物越 稳定 。
1. 1 硅热法还原金属镁的热力学分析
硅热法还原金属镁的基本反应为 :
Si (s) + 2MgO (s) = 2Mg (g) + SiO2 (s)
⑴
镁与氧气的反应为 :
2Mg (g) + O2 = 2MgO (s)
⑵
△Go2 = - 1465400 + 411198 T ( 1376 ～
3125 K)
6215 % ,只有这些硅参加反应 。这样 ,生产每吨 金属镁理论上需要 924kg75 %硅铁 。
在 70 %硅铁合金中 ,FeSi 共熔体中的硅占 15 % ,单质存在的硅占 55 % ,这样 ,生产每吨金 属镁理论上需要 1056kg70 %硅铁 。
在实际生产中 ,硅铁的单耗量远大于理论 需要量 ,生产每吨金属镁消耗 1300～1500kg 硅 铁 ,达到理论需要量的 113～116 倍 。 3. 2 铝硅合金的理论用量分析
在现行的热法炼镁生产中 , 一般用含硅 75 % 的 硅 铁 合 金 作 还 原 剂 , 它 的 熔 点 为 1300 ℃。在反应温度 (1150～1200 ℃) 下 ,硅铁 呈固相 ,煅后白云石 、荧石等也为固相 。因此 , 硅热法炼镁的反应是固 固反应 。固 固反应的 速度是较慢的 。