CaC2还原MgO热力学综合与试验钻研
白文对常压及真空条件下以碳化钙为还原剂制取非金属镁的热力学综合,划算出失调状态下镁蒸汽的露点,齐头并进行真空热还原试验钻研。后果表明:常压下临界反响热度为2095K;当零碎压力降至103Pa和10Pa,临界反响热度顺次降为1376K和1030K;达成失调时,还原热度1316K时,镁蒸汽的露点为熔点,还原热度为1273K、1373K时,露点别离为901K、958K。升高还原热度或延伸还原工夫可普及镁收率和CaC2利用率;实践配比的反响物料在1423K条件下还原2h的镁收率为83.1%。而当还原工夫达成2.5h,镁还原率和CaC2利用率均胜于80%。
真空冶金技能在有色非金属资料生产上面的利用日益宽泛,如高熔点非金属和合金资料的真空熔炼,复合物的真空合成制取非金属,氧化物真空热还原等。在我国,非金属镁的生产就是采纳真空冶金技能。依据运用还原剂的差异,又分为硅热法、碳热法、铝热法等。水环式真空泵
硅热法以硅(硅铁)为还原剂,在真空条件下低温提取非金属镁,该步骤能耗高,尤其在还原阶段生产1kg镁须要消费规范煤5kg～6kg,占其整个镁生产内中的60%～70%。碳是一种廉价的还原剂,碳热法炼镁停滞后劲较好,其要害技能在乎须要快捷冷凝镁蒸汽以及预防逆反响产生。昆明理工大学钻研了以烟煤为还原剂在中型还原炉中提取非金属镁,反响热度掌握在1823K左右,反响工夫60min后可失掉89.1%的镁还原率。挪威GrjotheimK等钻研了铝作还原剂提取非金属镁,在真空条件下反响热度较低,热度为1388K时,镁失调蒸汽压达102Pa。夏德宏传授钻研了以非金属钙为还原剂,并设计一种能够陆续生产的新型镁还原安装,反响热度掌握在1113K～1363K。
白文从热力学观点综合运用碳化钙从氧化镁中提取非金属镁在常压、真空条件下的吉布斯自在能与反响热度关系,划算失调状态产生镁蒸汽的露点与冷凝热度,继续了全体工艺条件下提取非金属镁试验,为深刻钻研提供参考。1、反响机理的热力学综合1.1、常压下的热力学综合
碳化钙还原氧化镁制取非金属镁的根本还原反响如次:
反响(1)所波及的物质在298K时的焓H0和熵S0,某些热度规模内的Cp,以及有关物质相变自在焓和相变熵见表1。
依据表1数据和式(2)～(7),划算出还原反响式(1)的吉布斯自在能ΔG0T与热度T的关系:
式(8)模仿成线性方程:
由式(8A)划算当T=2095K时,ΔG02095≈0,即常压下碳化钙还原镁的临界反响热度T0为2095K。
2.2、试验后果与探讨
试验终了结冰后存入结晶器上的镁,综合镁中杂质含量总和小于2%。依据失掉的镁分量按如次公式划算镁收率ηMg和CaC2利用率ηCaC:
式中,m为试验前物料团中的镁实践量,m’为试验后失掉的镁的品质。
当试验热度别离掌握在1273、1323、1373、1423K时还原2h的镁收率和CaC2利用率如图2所示。图3为1423K时还原工夫对镁收率和CaC2利用率的莫须有。相反配比(MR)的反响料在1423K下还原2h时镁收率和CaC2利用率曲线如图4。
图2 相反还原热度的ηMg和ηCaC 图3 相反还原工夫的ηMg和ηCaC 图4 相反配比的ηMg和ηCaC
由图2能够看出:在热度掌握在1273K下还原2h,镁收率和CaC2利用率低于40%,还原反响不彻底;随着还原热度的升高,镁收率迅速普及,从1273K升至1373K,镁收率可普及30%之上;当还原热度升至1423K时镁收率达80.5%,CaC2利用率达成84.5%。注明升低温度可普及还原反响进度,镁收率得以改善。
由图3看出,当MR为1105,1423K还原115h镁收率约79%,延伸0.5h后升至80%,接续延伸反响工夫可普及镁收率和CaC2利用率。从2.5h延伸至3h,镁收率虽有所普及,但不显然,仅普及0.3%。在1423K条件还原工夫掌握在2.5h左右比拟合适。
从图4能够看出,在MR在0.97～1.20规模时,1423K还原2h的镁收率随配比的增多而缩小,而CaC2利用率失去普及。还原反响物料的实践配比(MR=1)时,可失掉较高的镁收率和碳化钙利用率,为83.1%。3、论断
(1)经过热力学综合划算了CaC2还原氧化镁的反响自在能与反响热度之间的关系,常压下临界反响热度为2095K。真空条件下,还原反响临界热度升高动机显著,当零碎压力升高至103Pa、102Pa和10Pa时临界反响热度顺次降为1376、1178和1030K。
(2)零碎达成失调,还原热度为1316K时镁蒸汽的露点为熔点(924K),还原热度在1273、1373、1473K时,露点别离为901、958、1005K,冷凝分数要达成0.99则冷凝热度无须别离掌握在719、752、782K以次。
(3)利用CaC2作还原剂从煅白中提取非金属镁内中升高还原热度或延伸还原工夫,可普及镁收率。当还原热度在1423K左右,还原2.5h比拟合适,此时镁还原率胜于80%。反响物料为实践配比在1423K条件下还原2h,镁收率为83.1%。
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