CO气氛下镁蒸冷凝的机理研究

发布时间：2020-11-20 02:43

　　 昆明理工大学真空冶金国家工程实验室对真空条件下碳热还原氧化镁已经进行了大量的理论和实验研究,发现碳热还原氧化镁的实验中还原得到的Mg与产生的CO气体发生反应,导致得到的还原产物镁中存在MgO和Mg2C3,降低了镁的纯度。国内外对于碳热还原氧化镁过程中发生的逆反应也做了不少研究,但是对于MgO、Mg2C3的形成机理还没有被明确的解释。本论文针对以上问题,采用第一性原理对气态Mg与CO相互作用的机理进行了相关的模拟计算和实验研究,对于MgO与Mg2C3的形成机理进行了详细的阐述,以期为碳热还原氧化镁产物镁中逆反应的减小提供相应的理论指导和改进方案。论文首先对MgO、MgC2和Mg2C3生成可能涉及到的反应在不同的真空条件下进行了热力学计算及验证Mg与C反应的实验,明确压强为100Pa时,温度低于1516K时镁蒸气非常容易与CO气体发生反应;在高于常压及1400K以上时,镁与碳可发生反应。其次,通过对Mg与CO的相互作用进行模拟计算,并进行Mg与CO相互作用的实验,得到了 MgO的形成机理。计算结果表明,5ps动力学模拟后,单个CO分子在Mg(100)表面上只有物理吸附,C-O键被拉长,但是没有出现化学键的断裂和生成;两个CO分子被吸附在Mg(100)表面时,形成了新的化学键C-C,两个C-O键都被不同程度的拉长,但是CO与Mg之间没有形成新的化学键;三个CO分子被吸附在Mg(100)表面时,形成了新的化学键C-C-C,中间的C-O键断裂,O原子进入Mg的晶格中。进行973K、1023K和1073K下镁与CO的实验,冷凝物表面结晶不光滑且成色不均匀。发现冷凝物中含有氧元素和碳元素,冷凝物表面颜色越深,碳含量越高。因此得到MgO的形成机理:三个CO分子在镁的吸附作用下互相结合形成链状的碳,C-O键断开,O原子进入Mg中形成MgO。最后,通过研究不同数量的CO分子与Mg的相互作用及CO分子与过量的气态镁相互作用,得到Mg2C3的形成机理。延长模拟计算的时间,发现两个、三个CO分子在Mg(100)面上不会形成C-C、C-C-C;四个CO分子被吸附在Mg(100)表面时,形成了新的化学键C-C-C-C,四个C-O键都被不同程度的拉长,但是没有C-O键断裂;环状的C606分子被吸附在Mg(100)表面,与之前不同个数CO分子被吸附相比,C-O键都处于比较弱的状态,但是没有C-O键断裂:气态Mg与CO作用,两端与中间的C-O键皆会断裂,形成C-C-C。因此得出Mg2C3的形成机理:气态镁与一氧化碳相互作用,三个CO在气态镁中形成C-C-C,冷却时进入Mg的晶格中形成Mg2C3。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TF822
【部分图文】：

有６５亿吨左右，其中硫酸镁的矿产资源占１６．７３亿吨左右，氯化镁的矿产资源占??３１．４３亿吨左右［５］。在柴达木盆地储藏着大量的镁矿产资源，在山西运城储存着大??量的氯化镁矿产资源［２］。镁产量的趋势图如图１．１所示，我国镁产量呈逐年递增??的趋势，占世界镁产量的比例在８５％以上。??■中国冊万吨丄世界鮮細?＾＿－??２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６??图１．１?２０１１年至２０１６年镁产量图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｆｒｏｍ?２０１１?ｔｏ?２０１６??ｌ??

原子周围的波函数的状态如图２．１所量可以用平坦的赝势来代替真实势。在ｒ＞ｒｃ在的波函数）与真实的波函数保持一致，而零点的方向越来越平坦。赝波函数也有相同，从理论上可以对其进行严格的证实。??

２．５镁蒸气冷凝时的理论基础??２．５．１镁蒸气冷凝时的热力学??如图２．２所示，用单元系相平衡图［９５］来分析镁蒸气冷凝的过程。??｜?Ｃ?Ｂ??丨士??Ａ?｜??Ｔ?一??图２．２单元系相平衡图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｏｎｏｐｈａｓｅ?ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ??从图２．２可以看出，图中０Ａ、ＯＢ和０Ｃ三条线将整个平衡图其分割成三部分，??线０Ａ与ＯＣ包围的ｓ区域属于固相区域；在线０Ｂ和ＯＣ包围的１区属于液相区域；在??线ＡＯ和ＯＢ线包围的ｇ区属于气相区域。在气相区ｇ区内，单一的气相气体处在非??饱和的状态，不会冷凝成液相或固相。在０点以外的三条线上属于两相共存，气??固相共存于０Ａ线上，气液相共存于０Ｂ线上，液固相共存于０Ｃ线上。两项共存的??三条线相交于三相点０，在此点处气液固三相共存。??在实验开始进行时气相的镁蒸气处在非饱和状态，此时气体的压强和温度都??处于图２．２中的气相区域ｇ区内。镁蒸气到达冷凝器时，由于温度降低从而由非饱??１９??
【参考文献】

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本文编号：2890822