碳热还原氧化镁及其催化研究
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 = ？
碳热还原法制镁
大规模工业生产，这些进展均浓缩于两种制造工艺： 冷 淬 法和 “ 溶剂 ＂法 。两种方法均 要 求将菱镁矿煅烧成 Ｍ ０ ｇ ，而后与 固定碳造球 。在冷淬法 中，可 向团粒中加入助溶剂以便于 ． 还 原时有助于除去杂质 ，在还原阶段产生 的镁和 ｃ Ｏ蒸气迅速冷淬并进行收集 。随后产品可 通过精缩达到提纯 。 上个世纪的大量文献主要集 中于这个方法， 尤其是防止发生 “ 可逆反应 ”
以硅铁形式将氧化镁还原 ，而氧化镁 则得 自白云石真空煅烧 ，整个反应可写成
２ Ｏ ２ ａ （ Ｍｇ （ Ｃ ｏｓ ） ＋ ） ） ）２ ￣＋ ａＳ ４）ｘ ｅ） ＝ Ｍｇ ） ２ｉ （ Ｆ （ Ｃ Ｏ。 ＋ ｓ （ １ ） 反应在钢釜中完成 ，温度 １０ ℃，真空 １￣ ０ ａ ２０ ０ ２Ｐ ，每 ８ Ｏ ， ｈ可产镁 ２ ｋ 该工艺的缺 ． ｑ ０ｇ 点是高能耗、低产率 。 但其优点是基本投资低和工艺简单。有人 曾计算过，一个标准的皮江
从管道 中提取冷凝物 通入冷气实现骤冷 ， ， 用烃类油进行激冷而后从浆料中蒸 出镁 。 但是所 有这些方法都未能解决一个核心问题——可逆反应及使微粉有效地成块 。 ２ 世纪 ８ 年代 在 Ｏ ０ 卡美隆等曾用此法进一步进行 了中间试验， 并集中研究了还原过程， 提供 了有关溶渣和蒸气
相 间杂质分布的热力学分析结果 。目前在美 国及澳大利亚的研 究， 主要是采用拉五尔喷咀进 行高速淬冷 （ １ ／ ）以克服可逆反应 。不久前的经济分析表 明，如果可逆反应获得实际 ＞０ ｓ Ｋ
迭层 电池的效率 ≥３ ％ （ Ｍ１ ） ５ Ａ ．。 ５
（ 志杰 ’ 邓 摘译 ）
，
碳热还 原法制镁
镁 的强度厘 量比值高，因而非常适用于运输工具的制造和特种合金生产 ，２０ ０４年全世 界生产镁达到 ５ 万 ｔ ７ ，而且专家预期在今后 １ 年将进一步扩 大增长。 。 一 Ｏ 在２ Ｏ世纪后半叶，全世界镁 生产主要采用氯化镁 电解法，原料取 自海水、盐湖水、制 碱工业的富镁 卤水 以及光 卤石等 。 在澳大利亚和加拿大则将菱镁矿转化为无水氯化镁 ， 而后 进行 电解 。在最近 ５ 中，中国则采用皮江法并成为世界上主导的制镁方法 皮江法 中， 年 硅
碳热还原氧化法制备氧化镁粉体研究
Ａｂ ｔ ｃ ： ｏｉ ｐｏ ｅｕｉｚｔ ｎ ｅ ｃ ｎ ｙｏ ｇ ｅｉｍ ｏ ｉ Ｍ Ｏ）ｎｃ ｒｏ － ｎ ｉｉｇ ｇ ｅｉ ｆ ｃｏ ａｅ ｓｒ ｔＴ ｒｖ ｔ ｉ ｉ ｆ ｉ ｃ ｆ ｎ ｓ ｘ ｅ（ ｇ ｉ ａｂ ｎ ｏ ｔ ｎ ｎ ｓ ｎ ｒ ｒ ｔｒ ｍ ｔ— ａ ｍ ｌ ａｏ ｉ ｅ ｍａ ｕ ｄ ｃ ａ ｎ ｍａ ａ ｅａ ｙ
试发现 ， 氧化镁粉体材料 中氧化镁含量大 于 ９ ％ （ ８ 质量分数 ） 氧化镁 粉体 晶粒粒径 为 ２～３ ｍ， ， 尺寸均匀 。通过热
力 学 分 析 ， 用碳 热 还 原氧 化 法 还 原 生 成 的 ＳＯ气 相 在 氧 化 过 程 中受 到 了 Ｍｇ ｇ 、ａ ｇ 钙 气 相 氧 化 的抑 制 作 用 。 采 ｉ （ ）Ｃ （ ）
ｓ ， Ｒ ｎ Ｅ ｈｗ ｄｔａ ｍ ｇｅｉｍ ｏｉｅｐｗ ｅ ｏｔｉｓ ｒ ｔａ ８ （ ａｓｆ ｃｉ ）Ｍｇ ａｄｔｅｐｗ ｅｓ ｉ Ｘ Ｄａ ｄＳ Ｍ ｓｏ ｅ ｔ ａ ｓ ｘｄ ｏ ｄｒ ｎａ ｅ ｈ ｎ９ ％ ｍ ｓ ｒ ｔ ｎ ｓ ｈ ｎ ｕ ｃ ｎ ｍｏ ａ ｏ Ｏ，ｎ ｏ ｄｒ ｈ
ｍｅｈ ｄ ｕ ｄ ｒｈ ｇ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｒ ｄ ｃｎ ｔ ｓ ｈ ｒ ， ｎ ｈ ｎ ｏ ｉ ｉ ｄ ｔ Ｏ ｐ ｗ ｅ ｈ ｉ． ｅ ｕｔ ｆ ｈ ｍｉａ ｎ ｙ ｔ ｏ ｎ ｅ ｉ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｕ ｉ ｇａｍｏ ｐ ｅ ｅ ａ ｄ ｔｅ ｘｄ ｚ ｏ Ｍｇ ｏ ｄ ｒｉ ｔｅ ａｒ Ｒ ｓ ｌ ｏ ｅ ｃ ｌ ａ — ｅ ｎ ｓ ｃ ａｌ
摘 要 ： 为提 高 镁 质 含 碳 耐 火 材 料 中 氧化 镁 的 利 用 率 ， 该 材 料 中 的 氧 化 镁 进 行 提 纯 。 以 废 弃 镁 质 含 碳 耐 火 对 材料为原料 ， 计感应加热装置模型 ， 用感应炉加热系统对含碳原料加热 ， 碳热 还原氧化法将废 弃镁质含碳耐 设 利 用 火 材 料 中 的 氧 化 物 在 高 温 还 原 气 氛 下 ， 原 成 气 相 并 在 空 气 中 氧 化形 成 氧 化镁 粉 体 。 经 化 学 分 析 、 Ｒ Ｓ Ｍ 等测 还 Ｘ Ｄ、Ｅ
炼镁碳热法
炼镁碳热法
碳热法炼镁是镁冶炼的主要方法之一，其反应温度高达2300℃以上，在该温度下，副产品CO与还原出的镁存在可逆反应。
当反应温度超过1300℃时，可逆反应增加很快，反应温度每提高10℃，反应速度增加2~3倍。
同时，反应生成的镁粉与高温CO易发生爆炸，且高温气体分离困难，冷却设备太复杂，导致20世纪50年代碳热法炼镁企业均已停产。
尽管存在一些挑战，但碳热法炼镁仍然是一个有潜力的研究方向。
一些研究者在尝试用氧化镁和碳还原，以在更高的温度下进行反应，并取得了一些进展。
例如，使用硅铁作为还原剂成本太高，不利于镁企业在社会生存，因此碳还原炼镁仍然是今后研究的重点。
此外，冶金百科也提供了碳热法炼镁技术的信息，包括技术原理、工艺流程、设备要求、安全操作规程等方面。
总的来说，碳热法炼镁虽然面临一些挑战，但仍然是一个有潜力的研究方向。
如何还原氧化镁
如何还原氧化镁
还原氧化镁（MgO）可以使用多种方法，以下是两种常见的方法：
1. 碳热还原法：将氧化镁与碳粉混合均匀，然后在高温下加热。
随着温度升高，碳会与氧化镁反应生成一氧化碳和金属镁，达到还原的目的。
反应方程式如下：
MgO + C →Mg + CO
2. 电解法：将氧化镁溶解在适当的电解质中，如氯化镁溶液（MgCl2）。
通过通入电流，将氧化镁溶液进行电解，使氧化镁离子还原为金属镁。
反应方程式如下：
Mg2+ + 2e- →Mg
这些方法都需要在适当的条件下进行，具体操作时需要根据实际情况选择合适的方法和参数。
同时，在进行任何化学实验时，请遵循安全操作规程，并配备适当的个人防护设备。
还原氧化镁来提取金属镁
还原氧化镁来提取金属镁
镁合金具有优良的性能,广泛应用于汽车制造、航空航天、光学仪器和计算机制造业等领域,被誉为21世纪的绿色工程材料。
目前世界上镁的生产方法主要为电解法和热还原法,其中电解法生产的镁占世界原镁产量的80%左右。
我国是镁的资源大国,储量居世界首位。
我国热法镁厂主要采用皮江法炼镁,生产规模小而分散,技术比较落后,质量不够稳定,随着近几年镁价的不断下跌,许多热法镁厂都陷入困境,因此,开发应用新的炼镁技术已列入国家十五重点发展计划。
皮江法主要受三个因素的制约:(1)采用硅铁做还原剂,成本较高;(2)还原罐价格昂贵且使用寿命短;(3)罐子容量小,热效率低。
碳作为一种常用的廉价还原剂,早已用于多种金属的生产,但用于镁的生产一直没有突破。
二战期间国外建了四个用碳还原法生产镁的工厂,战后均停产,这四个厂都没有使用真空技术。
上个世纪50年代,一些国家的研究者作了一些工作。
最近的资料是美国人1972~1976年作的小型试验和扩大试验,仍未取得适于生产的结果[4]。
设计一种新的真空炉用于炼镁新工艺,使用廉价的烟煤直接还原氧化镁来提取金属镁,改进了皮江法炼镁的诸多弊端。
经过热力学分析和小型试验验证,认为该方法可行,并确定了真空碳热还原氧化镁。
氟化钙催化碳热还原氧化镁的实验
２ 实 验 材 料 及 方 法
还 原 实 验 中 采 用 原 料 为 分 析 纯 ＭｇＯ （ｗｉ ≥ ９８．０％），还 原 剂 为 试 剂 石 墨 粉 （ｗｃ≥９９．８５％）、焦 炭
（ｗｃ≥８５．１２％）、木 炭 （ｗｃ≥８０．０％）和 分 析 纯 活 性 炭 （ｗｃ≥９８．０％），催 化 剂 为 分 析 纯 ＣａＦ２（ｗｉ≥９８．５％）， 其中焦炭的主要成分如表１所示。
１５５０℃×２ｈ ２４．８５ ６２．４９ ５６．６４ ４８．６４
１６００℃×１ｈ ２７．２７ ６０．８６ ５４．８５ ４６．９５
１６００℃×２ｈ ３１．７７ ７１．５７ ６１．４８ ５１．１３
３．２ 工 艺 正 交 实 验 结 果
１３１３
正交实验结果见表３，其分析结果列入表 ４ 和图 １
１３１４
所得 ＭｇＯ 的还原率（％）如表６所示。 表 ４ 实 验 还 原 率 计 算 表
Ｔａｂｌｅ ４Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｄａｔａ ｏｆ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ
因素 时间（ｍｉｎ） 温度（℃） 碳配比（ｍｏｌ）碳粒度（目）
计算值 Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
Ｋ１
１４２．５８ １４７．６５ １３２．８４ １３３．９１
Ａ３Ｂ１Ｃ３Ｄ３
８４．５９
表６ 不同 ＣａＦ２ 含量的 ＭｇＯ 还原率
Ｔａｂｌｅ ６ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｏｆ ＭｇＯ ｗｉｔｈ ＣａＦ２ ｃｏｎｔｅｎｔ
ｖａｒｉａｔｉｏｎ
ＣａＦ２ 含 量 （％ ，质 量 分 数
）
无
１
３
５
实验条件
１５００℃ ×２ｈ
８４．５９
１５００℃ ×１ｈ
α＝
（Ｗ０ －Ｗ１） Ｗ０
铝热还原氧化镁制备金属镁的实验研究
铝热还原氧化镁制备金属镁的实验研究在实验研究中，铝热还原氧化镁制备金属镁是一个具有重要意义的主题。
这项实验涉及到金属冶炼和化学反应领域，涉及到材料学和能源领域。
铝热还原氧化镁制备金属镁不仅在学术研究方面具有深远影响，同时也在工业生产中有着广泛的应用。
本文将针对这一主题进行深入探讨，从实验原理、实验方法、实验结果和实验意义等方面进行全面解析。
1. 实验原理在铝热还原氧化镁制备金属镁的实验过程中，主要有两个关键的化学反应。
首先是铝的氧化还原反应，其反应方程式为：3MgO + 2Al -> 3Mg + Al2O3在这个反应过程中，铝与氧化镁反应生成金属镁和氧化铝。
其次是铝的燃烧反应，其反应方程式为：4Al + 3O2 -> 2Al2O3在这个反应过程中，铝与氧气反应生成氧化铝。
通过这两个关键的化学反应，可以实现铝热还原氧化镁制备金属镁的过程。
2. 实验方法在实验中，首先需要准备好氧化镁和铝粉。
然后将氧化镁和铝粉按一定的摩尔比加入反应瓶中，通过加热反应瓶中的混合物，可以实现铝热还原氧化镁的过程。
实验中需要控制好温度和反应时间，以确保实验的准确性和稳定性。
3. 实验结果在实验进行后，会观察到反应瓶中产生金属镁和氧化铝的混合物。
通过实验结果的分析，可以得出实验过程中金属镁的产率以及产物的纯度等重要数据。
这些数据对于评估实验的有效性和实用性非常重要。
4. 实验意义铝热还原氧化镁制备金属镁的实验研究具有重要的理论和应用意义。
在理论意义上，这个实验有助于深入理解金属冶炼和化学反应的基本原理，为相关领域的研究提供了重要依据。
在应用意义上，金属镁在航空航天、汽车制造、工程建筑等领域都有着广泛的应用，因此铝热还原氧化镁制备金属镁的研究对于相关产业的发展具有重要意义。
5. 个人观点和理解在个人看来，铝热还原氧化镁制备金属镁的实验研究不仅仅是一项实验，更是对于材料科学和冶金工程等领域的重要贡献。
通过这个实验，我们可以深入了解金属冶炼过程中的复杂化学反应，同时也可以探索材料的新应用领域，这对于推动相关领域的发展是非常有益的。
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碳热还原氧化镁及其催化研究
随着全球资源、环境保护日益严峻，被誉为最具潜力的“绿色工程材料”镁及其合金在国内外的应用领域不断扩大，对原镁的需求量大幅增加，原镁的需求大大推进了炼镁工艺技术的进步。
目前的炼镁方法主要为电解法和硅热还原法，但二者都存在成本高、能耗大、污染严重等问题。
国内外研究者采用廉价的碳作为还原剂，并运用真空冶金技术，形成真空碳热法还原氧化镁工艺，原料成本大大降低。
但是，目前的真空碳热还原法还原反应温度高、镁的还原率低、可逆反应控制难等，因此寻求低温高还原率是碳热还原法炼镁的关键技术。
通过添加氟化物进行催化还原反应，来降低还原温度、提高镁的还原率，达到低耗高效的目的。
通过选取石墨作为还原剂进行碳热还原氧化镁试验，得出试样的失重较低，认为石墨的还原性较差，因此采用几种常用的碳质还原剂进行比较试验，优选得出适合碳热法的还原剂。
通过添加不同种类及含量的氟化物作为催化剂，在不同还原条件下进行碳热还原氧化镁，用原子吸收光谱法分析还原渣中剩余氧化镁的含量，得出氧化镁的还原率，并探讨氟化物的种类及含量对碳热还原氧化镁的催化影响。
试验结果表明：（1）采用以石墨为还原剂进行不同工艺参数的还原试验，得出最佳工艺条件下球团失重也较低，仅为27%左右。
（2）比较几种常用碳质还原剂的氧化镁还原率，还原效果从优到差依次为：焦炭＞木炭＞活性炭＞石墨，焦炭为最佳还原剂。
（3）以焦炭为还原剂的正交试验表明，在本试验条件下碳热还原氧化镁因数影响为：碳粒度影响最大，其次是时间和碳配比，而温度的影响较小，最优工艺条件为时间120min，温度1600℃，碳配比1：3，碳粒度-240目。