冶金过程强化论文设计1

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1、word冶金过程强化论文论文题目：硅热法炼镁过程中的强化指导教师： XXXXXXXX班 级： XXXXXXXX姓 名： XXXXXXXX学 号：XXXXX XXXX硅热法炼镁过程中的强化摘要：硅热法又称皮江法,是以白云石为原料、硅(铁)为复原剂、萤石为矿化剂,将煅烧后的白云石粉碎至200目左右,制成球团,装入复原罐,在1200左右的高温和小于13.3Pa的真空下热复原制得结晶镁,经精炼后再铸成镁锭。20世纪80年代末期,皮江法在中国大陆得到了蓬勃开展,以连续40%的年平均增长速度,使中国成为世界生产金属镁的第一大国。2004年全球原镁产量为64.4万吨,而中国原镁产量为45.0万吨,占了全球产

2、量的69.88%,而中国镁产量的98%是用皮江法所生产。关键词：白云石 强化 我国金属镁产量增大迅速。1990年只有0.59万吨；1999年镁产量达到12万吨，超过美国跃居第一；2000年镁产量约为20万,几乎占世界产量的40%；2006年镁产量达到61.3万吨，比1990年增长100倍。我国镁工业开展之所以如此之快,一是改革开放的政策,市场经济调动了地方、集体、个体兴办炼镁企业的积极性;二是由于热法炼镁工艺的改良,使其投资少、技术可行。目前我国炼镁方法几乎全部是热法炼镁。本文将从复原时间、温度、配硅比与制球压力等方面对镁产出条件的选择与优化进展研究。 1、硅热法炼镁的根本原理1. 1 MgO

3、复原的热力学原理 为了将镁从氧化镁中复原出来，只有用对氧亲和力大于镁对氧亲和力的物质作为复原剂才行。通常，衡量氧化物亲和力大小的是氧化物的标准吉布斯自由能。图1-1中绘出了一系列氧化物标准吉布斯自由能与温度的关系曲线。从上面图可知：各种氧化物的G值均随温度的变化而变化，但变化的方向与幅度各不一样，有些曲线的相互位置都发生了变化。从图还可推知，只有在温度超过2373以后，SiO2的稳定性才会高于MgO的，才能发生如下反响：2Mg + O2 = 2MgO (1)Si + O2 = SiO2 (2)2MgO + Si = SiO2 + 2Mg (3)计算明确：在温度低于2000K时，用Si复原MgO

4、根本就不可能。1. 2 MgOCaO复原的热力学原理 从前面知道，用硅复原氧化镁时，如果常压如此温度必须超过2373，这在实际中实现起来很难，并且在此高温下，SiO2与MgO会反响生成硅酸镁。但是，根据热力学，如果反响过程中存在CaO，如此复原温度可降到1750，下页的图中列出了某些复杂氧化物的吉布斯自由能与温度的关系。从上图可知，当温度超过2060后，会发生如下反响：4MgO + Si = 2Mg + 2MgOSiO2此反响是一个造渣反响，可以降低反响温度，然而也降低了MgO的有效利用率。当有CaO存在时，由于2CaOSiO2比2MgOSiO2更加稳定，所以可以发生：2(CaOSiO2) +

5、 Si = 2Mg + 2CaOSiO21. 3 MgOCaO真空复原的热力学原理从前面知道，常压下复原MgO的温度超过2373，当有CaO存在时，复原温度可降至1750，这么高温度在工业上实现起来有相当难度。 那么，如果将常压改为真空状态，会怎么样？如如下图是某些物质在不同真空度下吉布斯自由能与温度的变化关系。就反响：2MgO + Si = 2Mg + SiO2而言，MgO、Si 、SiO2均为固态，其活度为1，此时，吉布斯自由能的表达式为G=G0+RTlnpMg当反响中 PMg 101.325pa时， RTlnpMg为负值， G G0这有利于将反响的温度降低。所以，硅热法炼镁，一般是在真空

6、条件下进展。2、影响复原效率与硅利用率的因素2. 1 复原温度右图为p17162105Pa，配硅比11时在不同的时间下，镁的复原效率与硅利用率随着温度变化而变化，图中虚线为镁的复原效率，实线为硅的利用率。此外还标注了时间为1-2h时镁的复原效率与硅的利用率的数值。上图明确：1随着温度的升高，在同一复原时间，复原效率和硅的利用率都有不同程度的提高。在低温区域，镁的复原效率和硅的利用率与温度的关系近似为直线，曲线的斜度较大，也就是说，在低温区域，同一时间镁的复原效率与硅的利用率增加更为明显。2当温度超过1150以后，复原效率与硅利用率增加较少，曲线趋于平缓。为了达到较高的镁的复原效率与硅的利用率，

7、温度必须高于1150，但是，当温度超过1200以后，同一时间的复原效率与硅的利用率增加也不多，由于复原罐的材质在高温下抗氧化的性能较小，故温度不能超过1200所以，硅热法炼镁过程，最适宜的复原温度围是1150-1180，在这一反响温度围，镁的复原效率实验值可达93-95(复原时间为2h)，工业生产中镁的复原效率可达85以上(复原时间为8h)，硅的利用率可达87-88(实验值)，工业生产中硅的利用率可达7075。为了达到同样的复原效率，如果复原时间较短，如此需更高的复原温度和进一步降低复原体系中的剩余压力(13Pa)。2. 2 复原时间在一定的复原温度与体系的剩余压力下，增加复原时间，可以使热传

8、递的深度增大，复原反响彻底，从而，镁的产出率高，硅的利用率也高。如如下图是配硅比11，P17162105Pa，在1100 、1150、1200 三种温度下，不同复原时间镁的复原效率与硅的利用率变化。图中的虚线为镁的复原效率，实线为硅的利用率。上图明确，随着反响时间的延长，镁的复原效率和硅的利用率随之增加。在反响开始阶段，镁的复原效率和硅的利用率增加较快，曲线的斜率也较大。随着反响的进展，开始时反响速度很快，后来反响速度急剧减小，当反响进展一定时间后，曲线的斜率几乎为零，即反响速度近于零。由此明确，复原反响进展一段时间后，反响速度很慢，再延长反响时间已经没有意义了。对于不同的复原温度，达到最大镁

9、的复原率的时间不同，1200时约为15h(实验值)，工业生产时为76h，1150时约为175h(实验值)，工业生产时为85h。从图中还可以看出，提高复原温度比延长复原时间更能增加产量和提高硅的利用率。但是在生产上由于复原罐材质受到影响，不能用提高复原温度来缩短复原周期(即缩短复原时间)达到高产的目的。这样做势必缩短了复原罐的寿命。所以在低于1180温度下复原可适当延长复原时间，但是绝对不能用提高温度、缩短复原时间来提高镁的复原效率和硅的利用率。2. 3 制球压力球团的真空热复原，在温度、复原时间、配料比一定的条件下，随着制球压力的增大，镁的产出率和硅的利用率增大。但是，不同矿物结构的煅白，它有

10、一个最优的压力值，压型压力超过此值后，复原温度、复原时间、配硅比增大都对镁的产出率，硅的利用率影响不大，压型压力超过此值后，镁的产出率和硅的利用率反而降低。上图为在1100、l125、1200)下，复原效率和硅利用率与压型压力的关系曲线(M11，复原时间为15h)。图中虚线为复原效率，实线为硅利用率。24 配硅比的影响复原过程中反响式： 2(MgOSiO2) + Si = 2Mg + 2CaOSiO2其配硅比(M)为Si2MgO1 此时镁的产出率一定，而硅的利用率最大。如果增大配硅比，如此镁的产出率增大，硅的利用率降低，所以对硅热法炼镁而言，镁的产出率随配硅比的增加而增大，硅的利用率随配硅的增

11、大而降低。105Pa，1.5h时，复原效率、硅利用率与配硅比之间的关系曲线。前图明确：1当配硅比(M)增加时，镁的复原效率随着增加，而硅的利用率却逐步减小2当M125以后，镁的复原效率增加很少，而硅的利用率如此降低很多。当M1时，硅的利用率根本上保持一定，而镁的复原效率却很低，尽管硅的利用率较高，但由于镁的复原效率太低，工业生产中是很不合算的。因此最优的配硅比应在M10-125之间。在工业生产中配硅比应取多少为好，可以根据白云石结构、复原温度、复原时间、制球压力的条件确定，但更需要从经济角度来考虑，也就是说，应该考虑当时市场上硅铁与镁的比价，当硅铁价格较高时，选择M1，当镁的价格上涨时，如此取125。3. 结语硅热法炼镁技术虽是我国主流的炼镁技术，但它依旧能耗高，资源消耗大，环境污染严重,“废渣+废气几乎没有处理，以牺牲资源与环境作为代价！只有通过不断的实践，考虑各方面的技术要点，才能更好的在白云石中提取镁金属。而除了以上提到的控制因素外，还有杂质、冶炼设备对整个流程的影响，需要我们更多的研究。参考文献：1硅热法炼镁生产工艺学中南大学，2003，徐日瑶主编2金属镁生产工艺学中南大学，2003，徐日瑶主编9 / 9