CaC2還原MgO熱力學綜合與試驗鉆研
白文對常壓及真空條件下以碳化鈣為還原劑制取非金屬鎂的熱力學綜合,劃算出失調狀態下鎂蒸汽的露點,齊頭并進行真空熱還原試驗鉆研。后果表明:常壓下臨界反響熱度為2095K;當零碎壓力降至103Pa和10Pa,臨界反響熱度順次降為1376K和1030K;達成失調時,還原熱度1316K時,鎂蒸汽的露點為熔點,還原熱度為1273K、1373K時,露點別離為901K、958K。升高還原熱度或延伸還原工夫可普及鎂收率和CaC2利用率;實踐配比的反響物料在1423K條件下還原2h的鎂收率為83.1%。而當還原工夫達成2.5h,鎂還原率和CaC2利用率均勝于80%。
真空冶金技能在有色非金屬資料生產上面的利用日益寬泛,如高熔點非金屬和合金資料的真空熔煉,復合物的真空合成制取非金屬,氧化物真空熱還原等。在我國,非金屬鎂的生產就是采納真空冶金技能。依據運用還原劑的差異,又分為硅熱法、碳熱法、鋁熱法等。水環式真空泵
硅熱法以硅(硅鐵)為還原劑,在真空條件下低溫提取非金屬鎂,該步驟能耗高,尤其在還原階段生產1kg鎂須要消費規范煤5kg～6kg,占其整個鎂生產內中的60%～70%。碳是一種廉價的還原劑,碳熱法煉鎂停滯后勁較好,其要害技能在乎須要快捷冷凝鎂蒸汽以及預防逆反響產生。昆明理工大學鉆研了以煙煤為還原劑在中型還原爐中提取非金屬鎂,反響熱度掌握在1823K左右,反響工夫60min后可失掉89.1%的鎂還原率。挪威GrjotheimK等鉆研了鋁作還原劑提取非金屬鎂,在真空條件下反響熱度較低,熱度為1388K時,鎂失調蒸汽壓達102Pa。夏德宏傳授鉆研了以非金屬鈣為還原劑,并設計一種能夠陸續生產的新型鎂還原安裝,反響熱度掌握在1113K～1363K。
白文從熱力學觀點綜合運用碳化鈣從氧化鎂中提取非金屬鎂在常壓、真空條件下的吉布斯自在能與反響熱度關系,劃算失調狀態產生鎂蒸汽的露點與冷凝熱度,繼續了全體工藝條件下提取非金屬鎂試驗,為深刻鉆研提供參考。1、反響機理的熱力學綜合1.1、常壓下的熱力學綜合
碳化鈣還原氧化鎂制取非金屬鎂的根本還原反響如次:
反響(1)所波及的物質在298K時的焓H0和熵S0,某些熱度規模內的Cp,以及有關物質相變自在焓和相變熵見表1。
依據表1數據和式(2)～(7),劃算出還原反響式(1)的吉布斯自在能ΔG0T與熱度T的關系:
式(8)模仿成線性方程:
由式(8A)劃算當T=2095K時,ΔG02095≈0,即常壓下碳化鈣還原鎂的臨界反響熱度T0為2095K。
2.2、試驗后果與探討
試驗終了結冰后存入結晶器上的鎂,綜合鎂中雜質含量總和小于2%。依據失掉的鎂分量按如次公式劃算鎂收率ηMg和CaC2利用率ηCaC:
式中,m為試驗前物料團中的鎂實踐量,m’為試驗后失掉的鎂的品質。
當試驗熱度別離掌握在1273、1323、1373、1423K時還原2h的鎂收率和CaC2利用率如圖2所示。圖3為1423K時還原工夫對鎂收率和CaC2利用率的莫須有。相反配比(MR)的反響料在1423K下還原2h時鎂收率和CaC2利用率曲線如圖4。
圖2 相反還原熱度的ηMg和ηCaC 圖3 相反還原工夫的ηMg和ηCaC 圖4 相反配比的ηMg和ηCaC
由圖2能夠看出:在熱度掌握在1273K下還原2h,鎂收率和CaC2利用率低于40%,還原反響不徹底;隨著還原熱度的升高,鎂收率迅速普及,從1273K升至1373K,鎂收率可普及30%之上;當還原熱度升至1423K時鎂收率達80.5%,CaC2利用率達成84.5%。注明升低溫度可普及還原反響進度,鎂收率得以改善。
由圖3看出,當MR為1105,1423K還原115h鎂收率約79%,延伸0.5h后升至80%,接續延伸反響工夫可普及鎂收率和CaC2利用率。從2.5h延伸至3h,鎂收率雖有所普及,但不顯然,僅普及0.3%。在1423K條件還原工夫掌握在2.5h左右比擬合適。
從圖4能夠看出,在MR在0.97～1.20規模時,1423K還原2h的鎂收率隨配比的增多而縮小,而CaC2利用率失去普及。還原反響物料的實踐配比(MR=1)時,可失掉較高的鎂收率和碳化鈣利用率,為83.1%。3、論斷
(1)經過熱力學綜合劃算了CaC2還原氧化鎂的反響自在能與反響熱度之間的關系,常壓下臨界反響熱度為2095K。真空條件下,還原反響臨界熱度升高動機顯著,當零碎壓力升高至103Pa、102Pa和10Pa時臨界反響熱度順次降為1376、1178和1030K。
(2)零碎達成失調,還原熱度為1316K時鎂蒸汽的露點為熔點(924K),還原熱度在1273、1373、1473K時,露點別離為901、958、1005K,冷凝分數要達成0.99則冷凝熱度無須別離掌握在719、752、782K以次。
(3)利用CaC2作還原劑從煅白中提取非金屬鎂內中升高還原熱度或延伸還原工夫,可普及鎂收率。當還原熱度在1423K左右,還原2.5h比擬合適,此時鎂還原率勝于80%。反響物料為實踐配比在1423K條件下還原2h,鎂收率為83.1%。
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