工艺条件对皮江法炼镁还原反应体系的影响及机理研究

发布时间：2020-09-09 11:31

　　 在我国目前冶炼金属镁的主要方法是皮江法,皮江法由于具有独特优点特别适应于我国煤资源丰富的地区(陕西、山西、新疆等),所以在这些地区得到了较大的发展,但皮江法工艺也存在许多的问题,如还原效率低、还原周期长、能耗高、环境污染严重等,使其成为了国家限制发展的项目,所以改进现有的皮江法炼镁工艺或者寻求新的热法炼镁工艺变得十分迫切。本文在硅热法的基础上提出了在皮江法炼镁原料中添加添加剂以改进现有皮江法炼镁工艺,优化皮江法炼镁还原反应体系,达到提高还原效率,缩短还原周期,节能降耗的目的。本文研究了皮江法炼镁反应过程的热力学与动力学原理,通过计算表明真空条件和造渣反应可以大大降低还原反应临界温度;研究了氟化钙在体系中的作用机理;对实际生产中影响皮江法炼镁过程的影响因素,包括还原温度、还原时间、制球压力、氟化钙添加量与配硅比进行了分析。通过在皮江法炼镁原料中添加5%(质量分数)Ca C2,在实验室条件下进行真空还原实验,研究了添加Ca C2对还原体系的影响,认为若体系中的Si O2参与Ca C2-Mg O体系的还原过程与Ca O发生造渣反应生成稳定化合物(2Ca O·Si O2与3Ca O·Si O2)或认为构成Ca C2-2Mg O·Si O2反应体系则会大大降低Ca C2还原Mg O的临界温度;对碳化钙作还原剂与硅铁进行了比较分析。通过添加5%(质量分数)石墨基粉料于皮江法炼镁原料中,分析了C-Mg O体系反应的热力学条件。进一步提出在硅热法基础上添加不同成分的石墨基粉-碳化钙复合添加剂于皮江法炼镁料球中,并在实验室条件下进行工业模拟实验。实验表明,添加6%的石墨基粉料、2%碳化钙(质量分数)恒温反应2h可提高Mg还原效率26%。根据实验结果提出复合添加剂的成分变化对还原体系的影响规律,进而发现“μ”型还原效率曲线;分析曲线变化特征,探讨了复合添加剂对皮江法炼镁体系的热力学条件与动力学机制影响,认为效率曲线中M点的出现是由于Ca C2的还原作用占据主导,而Q点的出现则是由于石墨基粉在体系中的燃烧或氧化放热作用占据主导。对还原反应体系中C-Si O2体系、C-Ca O体系与CO-Mg O体系反应的热力学条件进行了分析。研究了在复合添加剂下变化不同工艺条件(还原时间、还原温度、制团压力)对金属镁还原效率的影响。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF822
【部分图文】：

Mg21＜0 时，反应能够进行，即 558300-236.25T＜0,得 T＞23于 2363.17K 时，反应能够自发进行。得，Si 还原 MgO 临界反应温度为 2363.17K。还原过程平衡蒸气压法中氧化镁的还原是在真空条件下，高于镁的沸点温度金属镁是以蒸气状态存在于系统中的，系统中镁的蒸气衡的方向，因此反应平衡常数用镁的蒸气压来表达[35]。蒸气压(系统真空度)的关系为：G=ΔGΘ+2RTln(pMg/pΘ)=558300-236.25T+38.294Tlg(pMg/pΘ)系统内镁的蒸汽压大体上与真空度相近，故上式中 pMg可Mg(用真空度 p 代替)下 ΔG 对 T 作图，如下图 2.2 所示，各对应的温度即为还原反应的临界温度[36]，由图可知，随界温度降低。

图 2.4 皮江法炼镁所压料球Fig.2.4 The briquette used by Pidgeon process，热量的传递由表层逐渐往里推进最终到达球团面逐渐往里推进的。热量由外向球团内部传热的原反应过程属于是一个收缩性未反应核的模型，定[1]。球团在加热的过程中，其导热可认为是一维半径和时间的函数，温度的分布可以用无穷级数过程的动力学，不同的固态反应动力学模型被提找到描述固相反应的动力学模型。固-固相反应过反应的速率取决于最慢的那个步骤[38-39]，在反应接触，此外，在反应过程中，反应物必须通过产此，整个反应的速率由如下决定：①反应物通过③扩散和相界面的反应。通常用于描述扩散过 提出来的，而 Wagner 和 Avrami 提出的方程用来

图 2.5 球团在还原罐中的导热状态[37]Fig.2.5 Heat conduction state of briquettes in reducing tan反应物料通过压球机被压制成杏仁状或核桃空热还原过程，传统皮江法炼镁所用还原炉垛状态是杂乱无章的，如上图 2.5 所示，球团状态大概有上图所示的 6 种形式：部导热；(2)相互接触的两个球团通过接触面之热量传导给另一个球团；(4)球团空隙里的热导热；(6)固体一合金熔体一固体的传热等[37]系中的作用机理加萤石，其主要成分为氟化钙（分子式 CaF2） 1402℃，沸点 2497℃，密度为 3.18g / cm3，钙几乎不溶于水，溶解于铝盐和铁盐溶液中可

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本文编号：2814925