昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室對真空條件下碳熱還原氧化鎂已經(jīng)進行了大量的理論和實驗研究,發(fā)現(xiàn)碳熱還原氧化鎂的實驗中還原得到的Mg與產(chǎn)生的CO氣體發(fā)生反應,導致得到的還原產(chǎn)物鎂中存在MgO和Mg2C3,降低了鎂的純度。國內(nèi)外對于碳熱還原氧化鎂過程中發(fā)生的逆反應也做了不少研究,但是對于MgO、Mg2C3的形成機理還沒有被明確的解釋。本論文針對以上問題,采用第一性原理對氣態(tài)Mg與CO相互作用的機理進行了相關(guān)的模擬計算和實驗研究,對于MgO與Mg2C3的形成機理進行了詳細的闡述,以期為碳熱還原氧化鎂產(chǎn)物鎂中逆反應的減小提供相應的理論指導和改進方案。論文首先對MgO、MgC2和Mg2C3生成可能涉及到的反應在不同的真空條件下進行了熱力學計算及驗證Mg與C反應的實驗,明確壓強為100Pa時,溫度低于1516K時鎂蒸氣非常容易與CO氣體發(fā)生反應;在高于常壓及1400K以上時,鎂與碳可發(fā)生反應。其次,通過對Mg與CO的相互作用進行模擬計算,并進行Mg與CO相互作用的實驗,得到了 MgO的形成機理。計算結(jié)果表明,5ps動力學模擬后,單個CO分子在Mg(100)表面上只有物理吸附,C-O鍵被拉長,但是沒有出現(xiàn)化學鍵的斷裂和生成;兩個CO分子被吸附在Mg(100)表面時,形成了新的化學鍵C-C,兩個C-O鍵都被不同程度的拉長,但是CO與Mg之間沒有形成新的化學鍵;三個CO分子被吸附在Mg(100)表面時,形成了新的化學鍵C-C-C,中間的C-O鍵斷裂,O原子進入Mg的晶格中。進行973K、1023K和1073K下鎂與CO的實驗,冷凝物表面結(jié)晶不光滑且成色不均勻。發(fā)現(xiàn)冷凝物中含有氧元素和碳元素,冷凝物表面顏色越深,碳含量越高。因此得到MgO的形成機理:三個CO分子在鎂的吸附作用下互相結(jié)合形成鏈狀的碳,C-O鍵斷開,O原子進入Mg中形成MgO。最后,通過研究不同數(shù)量的CO分子與Mg的相互作用及CO分子與過量的氣態(tài)鎂相互作用,得到Mg2C3的形成機理。延長模擬計算的時間,發(fā)現(xiàn)兩個、三個CO分子在Mg(100)面上不會形成C-C、C-C-C;四個CO分子被吸附在Mg(100)表面時,形成了新的化學鍵C-C-C-C,四個C-O鍵都被不同程度的拉長,但是沒有C-O鍵斷裂;環(huán)狀的C606分子被吸附在Mg(100)表面,與之前不同個數(shù)CO分子被吸附相比,C-O鍵都處于比較弱的狀態(tài),但是沒有C-O鍵斷裂:氣態(tài)Mg與CO作用,兩端與中間的C-O鍵皆會斷裂,形成C-C-C。因此得出Mg2C3的形成機理:氣態(tài)鎂與一氧化碳相互作用,三個CO在氣態(tài)鎂中形成C-C-C,冷卻時進入Mg的晶格中形成Mg2C3。
【學位單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TF822
【部分圖文】：

有６５億噸左右，其中硫酸鎂的礦產(chǎn)資源占１６．７３億噸左右，氯化鎂的礦產(chǎn)資源占??３１．４３億噸左右［５］。在柴達木盆地儲藏著大量的鎂礦產(chǎn)資源，在山西運城儲存著大??量的氯化鎂礦產(chǎn)資源［２］。鎂產(chǎn)量的趨勢圖如圖１．１所示，我國鎂產(chǎn)量呈逐年遞增??的趨勢，占世界鎂產(chǎn)量的比例在８５％以上。??■中國冊萬噸丄世界鮮細?＾＿－??２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６??圖１．１?２０１１年至２０１６年鎂產(chǎn)量圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｆｒｏｍ?２０１１?ｔｏ?２０１６??ｌ??

原子周圍的波函數(shù)的狀態(tài)如圖２．１所量可以用平坦的贗勢來代替真實勢。在ｒ＞ｒｃ在的波函數(shù)）與真實的波函數(shù)保持一致，而零點的方向越來越平坦。贗波函數(shù)也有相同，從理論上可以對其進行嚴格的證實。??

２．５鎂蒸氣冷凝時的理論基礎??２．５．１鎂蒸氣冷凝時的熱力學??如圖２．２所示，用單元系相平衡圖［９５］來分析鎂蒸氣冷凝的過程。??｜?Ｃ?Ｂ??丨士??Ａ?｜??Ｔ?一??圖２．２單元系相平衡圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｏｎｏｐｈａｓｅ?ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ??從圖２．２可以看出，圖中０Ａ、ＯＢ和０Ｃ三條線將整個平衡圖其分割成三部分，??線０Ａ與ＯＣ包圍的ｓ區(qū)域?qū)儆诠滔鄥^(qū)域；在線０Ｂ和ＯＣ包圍的１區(qū)屬于液相區(qū)域；在??線ＡＯ和ＯＢ線包圍的ｇ區(qū)屬于氣相區(qū)域。在氣相區(qū)ｇ區(qū)內(nèi)，單一的氣相氣體處在非??飽和的狀態(tài)，不會冷凝成液相或固相。在０點以外的三條線上屬于兩相共存，氣??固相共存于０Ａ線上，氣液相共存于０Ｂ線上，液固相共存于０Ｃ線上。兩項共存的??三條線相交于三相點０，在此點處氣液固三相共存。??在實驗開始進行時氣相的鎂蒸氣處在非飽和狀態(tài)，此時氣體的壓強和溫度都??處于圖２．２中的氣相區(qū)域ｇ區(qū)內(nèi)。鎂蒸氣到達冷凝器時，由于溫度降低從而由非飽??１９??
【參考文獻】

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本文編號：2890822