在我國目前冶煉金屬鎂的主要方法是皮江法,皮江法由于具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)特別適應(yīng)于我國煤資源豐富的地區(qū)(陜西、山西、新疆等),所以在這些地區(qū)得到了較大的發(fā)展,但皮江法工藝也存在許多的問題,如還原效率低、還原周期長、能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等,使其成為了國家限制發(fā)展的項(xiàng)目,所以改進(jìn)現(xiàn)有的皮江法煉鎂工藝或者尋求新的熱法煉鎂工藝變得十分迫切。本文在硅熱法的基礎(chǔ)上提出了在皮江法煉鎂原料中添加添加劑以改進(jìn)現(xiàn)有皮江法煉鎂工藝,優(yōu)化皮江法煉鎂還原反應(yīng)體系,達(dá)到提高還原效率,縮短還原周期,節(jié)能降耗的目的。本文研究了皮江法煉鎂反應(yīng)過程的熱力學(xué)與動力學(xué)原理,通過計(jì)算表明真空條件和造渣反應(yīng)可以大大降低還原反應(yīng)臨界溫度;研究了氟化鈣在體系中的作用機(jī)理;對實(shí)際生產(chǎn)中影響皮江法煉鎂過程的影響因素,包括還原溫度、還原時(shí)間、制球壓力、氟化鈣添加量與配硅比進(jìn)行了分析。通過在皮江法煉鎂原料中添加5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Ca C2,在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行真空還原實(shí)驗(yàn),研究了添加Ca C2對還原體系的影響,認(rèn)為若體系中的Si O2參與Ca C2-Mg O體系的還原過程與Ca O發(fā)生造渣反應(yīng)生成穩(wěn)定化合物(2Ca O·Si O2與3Ca O·Si O2)或認(rèn)為構(gòu)成Ca C2-2Mg O·Si O2反應(yīng)體系則會大大降低Ca C2還原Mg O的臨界溫度;對碳化鈣作還原劑與硅鐵進(jìn)行了比較分析。通過添加5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))石墨基粉料于皮江法煉鎂原料中,分析了C-Mg O體系反應(yīng)的熱力學(xué)條件。進(jìn)一步提出在硅熱法基礎(chǔ)上添加不同成分的石墨基粉-碳化鈣復(fù)合添加劑于皮江法煉鎂料球中,并在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行工業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,添加6%的石墨基粉料、2%碳化鈣(質(zhì)量分?jǐn)?shù))恒溫反應(yīng)2h可提高M(jìn)g還原效率26%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出復(fù)合添加劑的成分變化對還原體系的影響規(guī)律,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)“μ”型還原效率曲線;分析曲線變化特征,探討了復(fù)合添加劑對皮江法煉鎂體系的熱力學(xué)條件與動力學(xué)機(jī)制影響,認(rèn)為效率曲線中M點(diǎn)的出現(xiàn)是由于Ca C2的還原作用占據(jù)主導(dǎo),而Q點(diǎn)的出現(xiàn)則是由于石墨基粉在體系中的燃燒或氧化放熱作用占據(jù)主導(dǎo)。對還原反應(yīng)體系中C-Si O2體系、C-Ca O體系與CO-Mg O體系反應(yīng)的熱力學(xué)條件進(jìn)行了分析。研究了在復(fù)合添加劑下變化不同工藝條件(還原時(shí)間、還原溫度、制團(tuán)壓力)對金屬鎂還原效率的影響。
【學(xué)位單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TF822
【部分圖文】：

Mg21＜0 時(shí)，反應(yīng)能夠進(jìn)行，即 558300-236.25T＜0,得 T＞23于 2363.17K 時(shí)，反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行。得，Si 還原 MgO 臨界反應(yīng)溫度為 2363.17K。還原過程平衡蒸氣壓法中氧化鎂的還原是在真空條件下，高于鎂的沸點(diǎn)溫度金屬鎂是以蒸氣狀態(tài)存在于系統(tǒng)中的，系統(tǒng)中鎂的蒸氣衡的方向，因此反應(yīng)平衡常數(shù)用鎂的蒸氣壓來表達(dá)[35]。蒸氣壓(系統(tǒng)真空度)的關(guān)系為：G=ΔGΘ+2RTln(pMg/pΘ)=558300-236.25T+38.294Tlg(pMg/pΘ)系統(tǒng)內(nèi)鎂的蒸汽壓大體上與真空度相近，故上式中 pMg可Mg(用真空度 p 代替)下 ΔG 對 T 作圖，如下圖 2.2 所示，各對應(yīng)的溫度即為還原反應(yīng)的臨界溫度[36]，由圖可知，隨界溫度降低。

圖 2.4 皮江法煉鎂所壓料球Fig.2.4 The briquette used by Pidgeon process，熱量的傳遞由表層逐漸往里推進(jìn)最終到達(dá)球團(tuán)面逐漸往里推進(jìn)的。熱量由外向球團(tuán)內(nèi)部傳熱的原反應(yīng)過程屬于是一個收縮性未反應(yīng)核的模型，定[1]。球團(tuán)在加熱的過程中，其導(dǎo)熱可認(rèn)為是一維半徑和時(shí)間的函數(shù)，溫度的分布可以用無窮級數(shù)過程的動力學(xué)，不同的固態(tài)反應(yīng)動力學(xué)模型被提找到描述固相反應(yīng)的動力學(xué)模型。固-固相反應(yīng)過反應(yīng)的速率取決于最慢的那個步驟[38-39]，在反應(yīng)接觸，此外，在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物必須通過產(chǎn)此，整個反應(yīng)的速率由如下決定：①反應(yīng)物通過③擴(kuò)散和相界面的反應(yīng)。通常用于描述擴(kuò)散過 提出來的，而 Wagner 和 Avrami 提出的方程用來

圖 2.5 球團(tuán)在還原罐中的導(dǎo)熱狀態(tài)[37]Fig.2.5 Heat conduction state of briquettes in reducing tan反應(yīng)物料通過壓球機(jī)被壓制成杏仁狀或核桃空熱還原過程，傳統(tǒng)皮江法煉鎂所用還原爐垛狀態(tài)是雜亂無章的，如上圖 2.5 所示，球團(tuán)狀態(tài)大概有上圖所示的 6 種形式：部導(dǎo)熱；(2)相互接觸的兩個球團(tuán)通過接觸面之熱量傳導(dǎo)給另一個球團(tuán)；(4)球團(tuán)空隙里的熱導(dǎo)熱；(6)固體一合金熔體一固體的傳熱等[37]系中的作用機(jī)理加螢石，其主要成分為氟化鈣（分子式 CaF2） 1402℃，沸點(diǎn) 2497℃，密度為 3.18g / cm3，鈣幾乎不溶于水，溶解于鋁鹽和鐵鹽溶液中可

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本文編號：2814925