论文部分内容阅读
金属镁的生产主要有电解法和热还原法。热还原法制镁是当前的主要工艺，其中又以皮江法的应用最广泛。皮江法制镁具有生产工艺简单，产品质量高，建设投资低等优点。同时也存在资源消耗高、还原周期长等问题，致使金属镁制造成本高，影响金属镁产业及下游镁合金产业健康快速发展。本文分析了热还原制镁中的传输现象；研究了以铜-硅合金为还原剂的固-液真空热还原制镁新方法，分析了反应过程的热力学；探讨了铜-硅还原中混合物料的离析现象，提出了调控混合物料离析速度的方法以实现反应阶段和助熔组分分离再利用阶段对离析过程的不同要求，进行了铜-硅热还原制镁实验研究，成功制备出了金属镁。充分利用离析分离渣相和助熔组分的方法，并进行了助熔组分与渣分离的实验研究。①基于Fe-Si相图、Cu-Si相图，分析了皮江法制镁、铜-硅热还原制镁中还原剂的物态，结果表明：在还原温度为1373K，硅铁处于固态，皮江法制镁还原反应主要为固-固反应；初始硅含量低于35%的条件下，铜-硅真空热还原制镁的还原反应几乎全过程保持液态，还原反应基本为固-液反应。②铜-硅热还原制镁的主要反应式为：2MgO（s）+2CaO（s）+[Si]Cu（l）=2Mg（g）+2CaO·SiO2（s）；在标准大气压下，临界反应温度高达2390K，反应温度高，工业上难于实施。在真空环境中，临界反应温度随系统气压的降低及Cu-Si中Si含量增加而降低；在Cu-Si合金中的Si含量为35%，气压为13.3Pa条件下，铜-硅热还原制镁的临界反应温度为1369K。普通真空硅热还原制镁（皮江法）的温度（1473K）和气压（13.3Pa）条件下，当Cu-Si合金中的Si含量高于0.034%wt时，Cu-Si热还原制镁具备热力学可行性。③铜-硅热还原反应混合物料中煅白和Cu-Si合金熔体的密度差较大，混合物料可应重力而离析。反应过程中离析会导致反应物之间接触几率降低，恶化反应进程；反应结束后渣相的快速离析则有助于助熔组分的快速分离并利用。分析铜-硅热还原中反应混合物料离析影响因素，提出将反应混合物制成糊状以减缓离析的方法，进行了相应的实验研究。分析了助熔组分与反应残余渣相的分离特性并进行了相应实验，助熔组分铜的回收率达到了97%。④铜-硅热还原镁实验中，在真空度为13.3Pa，以20℃/min的速度加热到1373K，保温反应30min，得到了金属镁，反应的还原率为67.3%；较之相近真空度、反应温度下的硅-铁热还原制镁反应时间120min、还原率52.4%，铜-硅热还原制镁新方法在生产效率和资源利用率等方面优势较明显。