菱镁矿制备金属镁和镁铝尖晶石的实验研究

发布时间：2017-09-29 00:34

  本文关键词：菱镁矿制备金属镁和镁铝尖晶石的实验研究

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【摘要】：金属镁及其合金具有比强度高、导热导电性能好、易于机械加工和回收等优点,工业上应用十分广泛,镁已经成为世界上仅次于钢铁和铝的第三大金属工程材料。以菱镁矿为原料,以铝粉为还原剂,真空热还原制备金属镁,同时利用还原产物生产镁铝尖晶石,不但可以使制备金属镁的原料和能源消耗大大降低,还可以使还原产物全部得以利用,是一种节能环保的绿色冶金技术。本文以煅烧菱镁矿得到的氧化镁为主要原料,以铝粉为还原剂,制备金属镁和镁铝尖晶石。重点研究了物料配比、还原条件、制样条件对氧化镁还原率、铝利用率以及固相还原产物的影响。并采用X射线衍射、扫描电镜、X射线荧光分析、电感耦合等离子体原子发射光谱法等手段对制得的金属镁、中间产物和镁铝尖晶石进行了表征。主要取得了以下成果:(1)物料配比、反应温度和时间、制样条件对氧化镁还原率和铝利用率有明显的影响。随着物料中MgO:Al摩尔比的增加,氧化镁还原率降低。铝利用率随物料配比的变化关系受反应温度和时间影响。在相同的反应温度和时间条件下,随着压块厚度和直径的增加,氧化镁还原率和铝利用率均降低。(2)采用真空铝热还原制得的金属镁纯度较高,满足国标GB/T 13748.20-2009中Mg9990的要求。(3)铝热还原产物的内部和外部呈现宏观的不均匀性,存在内层的铝向外层的宏观迁移。固相还原产物中心的主要物相是镁铝尖晶石和未反应的氧化镁。固相还原产物的外层的物相与反应温度和反应时间有关,1100℃?3hrs后主要物相是镁铝尖晶石、镁铝氧化物和未反应的铝及氧化镁;1200℃?2hrs后主要物相是镁铝尖晶石、?-Al2O3和未反应的铝及氧化镁。(4)以铝热还原制备金属镁所得的还原产物为原料制备镁铝尖晶石结果表明:煅烧合成尖晶石的物相受还原产物中镁铝比影响较大,受温度和时间以及成型压力的影响不大。尖晶石的显气孔率随着温度的升高而减小。(5)兼顾氧化镁还原率与还原产物中的镁铝比,得出优化的工艺条件为:还原温度1200℃,反应时间2hrs,真空度≤10Pa、成型压力为100MPa、MgO:Al=1.7:1,在该条件下MgO还原率可达70%,还原产物的主要物相为α-氧化铝和氧化镁,高温烧结得到的镁铝尖晶石。本论文的研究结果表明:以菱镁矿煅烧制备的氧化镁为原料,以铝粉为还原剂,真空热还原制备金属镁过程的镁还原率高,物料配比MgO:Al=1.7,反应温度1200℃,反应时间2hrs,还原产物中的主要物相为镁铝尖晶石、氧化镁和α-氧化铝,该还原产物经球磨、压制成型、高温烧结后可以获得密度较高的镁铝尖晶石。该工艺同皮江法相比,不仅可使制备金属镁过程的能耗大幅度降低,而且实现了制备金属镁还原产物的全部利用,没有固体废弃物产生,具有较好的应用前景。
【关键词】：菱镁矿 金属镁 镁铝尖晶石 铝热还原
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF822;TQ164.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 镁的物理化学性质11
• 1.2 我国金属镁工业的发展11-13
• 1.2.1 我国镁资源的现状11-13
• 1.2.2 我国金属镁工业的发展13
• 1.3 镁的应用13-14
• 1.4 金属镁的生产方法14-16
• 1.4.1 电解法制备金属镁14-15
• 1.4.2 热还原法制备金属镁15-16
• 1.5 镁铝尖晶石的结构和性质16-17
• 1.6 镁铝尖晶石的合成方法17-19
• 1.6.1 固相法17-18
• 1.6.2 沉淀法18
• 1.6.3 溶胶凝胶法18-19
• 1.7 镁铝尖晶石的应用19-20
• 1.8 选题目的、意义及主要研究内容20-23
• 1.8.1 选题目的和意义20-21
• 1.8.2 本论文的主要研究内容21-23
• 第2章 实验原料及实验流程23-29
• 2.1 实验原料23-26
• 2.2 实验原理和流程26-27
• 2.2.1 实验原理26
• 2.2.2 工艺流程26-27
• 2.3 表征方法27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 物料配比对铝热还原反应的影响29-40
• 3.1 物料配比对氧化镁还原率和铝利用率的影响29-32
• 3.2 结晶镁的表征32-34
• 3.3 还原产物的表征34-37
• 3.4 还原产物中镁铝比37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 成型条件对铝热还原反应的影响40-50
• 4.1 成型压力和直径对氧化镁还原率和铝利用率的影响40-43
• 4.2 压块厚度对氧化镁还原率和铝利用率的影响43-45
• 4.3 结晶镁的表征45-46
• 4.4 还原产物的表征46-47
• 4.5 金属铝的迁移机理47-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第5章 固态还原产物煅烧制备镁铝尖晶石的实验研究50-58
• 5.1 镁铝尖晶石的体积密度和显气孔率50-51
• 5.2 还原产物中镁铝比对煅烧制备镁铝尖晶石的影响51-52
• 5.3 反应条件对煅烧制备镁铝尖晶石的影响52-57
• 5.3.1 温度和时间对煅烧制备镁铝尖晶石的影响52-55
• 5.3.2 成型压力对煅烧制备镁铝尖晶石的影响55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第6章 主要结论及建议58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64

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本文编号：939008