有色冶金原理镁(二).pptx
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冶金原理ppt课件
图9-2 PCOPCO2总压变化时布多尔 反应的%CO-T关系图
● t < 400℃时，%CO≈0 反应基本上不能进行；随着温度升高，%CO变化 不明显。
● t = 400~1000℃时 随着温度升高，%CO明显增大。
● t > 1000℃时，%CO≈100 反应进行得很完全。
在高温下，有碳存在时，气相中几乎全部 为 CO。
2000 -26920 7. 02
◆ 在通常的冶炼温度范围内，氢的燃烧反应进行得十分完全， 平衡时氧的分压可忽略不计。
◆ 氢燃烧反应的 rG T线与CO燃烧反应的 于一点，交点温度：
rG线相T 交
-503921+117. 36T = -564840+173. 64T
T = 1083K
◆ 温度高于1083K，H2对氧的亲和势大于CO对氧的亲和势 H2的还原能力大于CO的还原能力。 温度低于1083K，则相反。
◆ 在较大
PH的2 /下PH，2OH2可将WO3、MoO3、FeO等还原成金属。
◆ 在适当
的下，氢可还原钨、钼、铌、钽等的氯化物。
4、金属还原剂
PH2 /PH2O
◆ 铝、钙、镁等活性金属可作为绝大部分氧化物的还原剂。
◆钠、钙、镁是氯化物体系最强的还原剂。
9.2 燃烧反应
火法冶金常用的燃料
固体燃料 煤和焦碳，其可燃成分为C 气体燃料 煤气和天然气，其可燃成分主要为CO和 H2 液体燃料 重油等，其可燃成分主要为CO和H2
● 两个反应的 rG 线T（图9-4）相交于1083K。
◇ 低于1083K，生成CO2的反应优先进行； ◇ 高于1083K生成CO的反应优先进行。
2、水蒸气与碳的反应
有色冶金PPT课件
.
2
Magnesium is the eighth most abundant element and constitutes about 2% of the Earth's crust by weight, and it is the third most plentiful element dissolved in seawater.镁在地壳中的丰度是第八位，是地壳质量的2%，在海水中含量第
民从一个井里取水给牛喝。牛不喝。那水有特殊的味道，苦味。那水有保健 的功能。普遍传播的泻盐如今用于治疗轻微皮肤擦伤。泻盐被确定是硫酸镁。
The first discover as an element was J. Black who found it in 1755. 1755年J. Black第一个发现元素镁。
腊一个城市），古代那里发现大型碳酸镁矿床
In 1618 a farmer at Epsom in England tried to give his cows water from a well. They refused to drink. The water has specific taste - bitter taste. That water was with health features. The popularity of Epsom salts spread which is used today to treat minor skin abrasions. They were identity to be magnesium sulphate - MgSO4.英格兰赛马一个农
It is possible to divide the magnesium production technologies into two main types：可划分为两大类镁生产技术
有色金属冶炼-镁冶炼镁冶金二幻灯片资料共34页文档
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
Hale Waihona Puke 有色金属冶炼-镁冶炼镁冶金二幻灯片资 料
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
谢谢！
镁冶金学
第二章
镁冶金
4.氧化镁氯化法 在此法中利用 天然菱镁矿，在温 度700～800℃下煅 烧，得到氧化镁。 经过细磨，然后与 炭素还原剂混合制 团。在竖式电炉中 氯化，制取无水氯 化镁。氯化炉的构 造示意图见图2-3。
第二章
镁冶金
氧化镁氯化是一个可逆反应: MgO（固)+Cl2(气)=MgCl2(液)+0.5O2(气) 图2-4是此反应的平衡图
第二章
镁冶金
第二章
镁冶金
第二节 电解法炼镁 一、原料准备 依所用原料的不同，氯化镁原料准备方法可分为 四种： 道乌法(Dow Process) 阿玛克斯法（Amax Process） 诺斯克法(Norsk Hydro Process) 氧化镁氯化法
第二章
镁冶金
1:道乌法 用海水做原料，用石灰乳沉淀氢氧化镁，用盐酸处 理氢氧化镁，得氯化镁溶液,氯化镁溶液的经提纯与 浓缩,电解含水的氯化镁（MgCl2· (1～2)H2O）,制取 纯镁。 2.阿玛克斯法 以盐湖的卤水为原料，在太阳池中浓缩，经进一步 浓缩提纯和脱水后，得到氯化镁，最后电解得镁。
第二章
镁冶金
7.镁的溶解度
镁可溶于MgCl2熔液中，溶解度（摩尔分数）可达
0.55～1.28%，通过调整电解质成分可使金属镁的溶
解降至最低，如在MgCl2-NaCl-KCl-CaCl2熔液中，
镁的溶解度很小，一般为0.004～0.02%。
第二章 镁冶金 三、电解质中杂质对电解过程的影响 镁电解质中的杂质来自原料和电解槽的内衬(铝、硅) 和铁的部件。 杂质在电解时会引起一些不良反应造成镁的损失、 氧化物氯化造成氯的损失、杂质电化学分解造成电 能损失。
第二章
镁冶金
苏教版高中化学必修一课件镁的提取及应用 (2).pptx
知识链接
焰火金属
烟花的制造
镁光灯
巩固练习：
1.为什么海水中已有MgCl2我们却要加碱转化为 Mg(OH)2再加酸变回MgCl2?
浓缩、提纯
2.在氯化镁溶液中，分别投入下列各物质，既有 沉淀出现又有气体产生的是（）
A.氢氧化钠B.金属钠 C.碳酸钠D.硫酸钠
巩固练习：
3、将镁在SO2中燃烧后，生成的物质可能有 方程式为 （SO2与CO2性质类似，S与氧气的性质类似）
高中化学课件
（金戈铁骑***整理制作）
专题二 从海水获得的化学物质
镁的提取及应用
用镁合金做车架的捷安特自行车
奥迪轿车镁合金外壳
飞机的外壳
海水中部分元素浓度图
20
18
16
氯
14
钠
12 g/L 10
8 6
镁 钾 溴 碘 钙
4
硫
2
0
海水中镁的总储量约为1.8×1015t
海水中的镁主要以氯化镁和硫酸镁形式存在
Hcl通电
MgCl2·6H2O=MgCl2+6H2OMgCl2=Mg+Cl2↑
熔融
Cl2
思考：电解产生的Cl2怎么处理？
镁的物理性质：
色态： 银白色固体 密度： 较小(1.74g/cm3) 质地： 较软 导电、导热性： 较好，是电和热的良导体
信息提示：
合金特性：硬度、强度较大
三、镁的化学性质实验探究
谢谢
四、镁的化学性质的归纳
（3）与氧化物反应：2Mg＋CO22M点燃gO＋C
（4）与非氧化性酸反应： Mg＋2HCl＝MgCl2＋H2↑ （5）与水反应： Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑
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7
用硅还原氧化镁（白云石）的平均温度随压 力的减小而降低。
剩余压力/Pa
平衡温度/ ℃
101325
2375
1333
1700
133.3
1430
13.3
1235
镁的热法实际上是真空还原法, 采取温度1100 ~ 1250℃和真空度13.3~133.3Pa，可顺利 还原出镁。真空除了能够降低还原的操作温度
有色金属冶金学
Non-ferrous Metallurgy
Magnesium Metallurgy 镁冶金（二）
1
2.3 Thermal Reduction Methods
根据还原剂的不同，热还原法炼镁可分为三种： 碳热还原法
以木炭、煤、焦炭等碳质材料作为还原剂，反应式：
此反应是可逆反应。标准状态下，温度高于1850℃ 反应向右进行；低于1850℃时则向左。因此，为 了防止冷却时，镁被CO氧化为MgO，需用大量与 镁不反应的中性气体(如氢气)将混合气体产物带出 高温区急冷下来。故虽然此法的还原剂较便宜，但 由于生产时需要大量氢气以及安全问题，目前已停 用。
16
讨论：为什么使用75%的硅铁作还原剂？ 85%、75%、45%和25%四种硅铁， 其中，83% 的硅铁在合金组织中几乎全部
是以游离硅存在；75%硅的硅铁是由游离 硅和FeSi2存在；45%硅的硅铁是由FeSi2 和FeSi 组成；25%的硅铁完全是由 FeSi 和 Fe3Si2组成。 之所以采用75%硅铁合金作为还原剂，是综 合考虑了技术与经济两方面因素。
17
硅铁中含硅量不同，其还 原能力不同。在其它条件 相同的情况下，随着硅铁 中含硅量增加，还原所得 镁的产出率提高
但当含硅量超过75%以后， 镁产出率以及镁的平衡蒸 气压增加的幅度很小
考虑到含硅量越高的硅铁 其价格越贵，因此选用 75%的硅铁作还原剂比较 合理
18
影响还原过程的因素：
煅烧白云石质量：活性、分解率、杂质含量 还原剂还原能力 炉料配比：Si量高，镁实收率提高，Si利用率降低 添加剂 炉料粒度及制团：粒度太小，降低活性，太大，降低接触面积；制
团压力要适中 还原温度、真空度
19
11
原料与工艺参数
白云石（Mg 不低于30%， 在回转窑内煅烧 (1350 ℃ ）， 硅铁（Si 75%), CaF2(萤石) (质 量分数2.5%), 熔剂 反应式： 设备 蒸馏罐用无缝钢管制成, 卧式.操作温度1200 ℃, 外 部加热. 罐长3米, 内径28厘米,装料160kg。
12
13
14
之外，还能防止还原剂硅和产品镁被空气氧化。
8
•硅铁合金(含75%Si）在高温和真空下还原白 云石中的MgO，得到纯镁和硅酸二钙盐熔渣的 反应是：
2(CaO·MgO)(s) + Si (Si –Fe)(s) = 2Mg(g) + 2 CaO·SiO2(s)
Si + O2 = SiO2 2Mg + O2 = 2MgO 2MgO + Si = 2Mg + SiO2
C、如果参与反应的物质不是处于标准状态，则反应的自由能变
化值G应为：G= G0 &#变化值的修正值。
在aMe + O2 = bMeO(O2为0.1MPa)形式的反应中，自
由能变化值的修正值为RTlnpb(MeO)/pa(Me) ·p(O2), 其中 pO2=0.1MPa
剂，此时硅铁中的硅起还原作用，铁不起作用。此 时又叫做硅热法(Silicothermic Processes)。在 某些场合也用铝硅合金作还原剂，此时硅和铝都起 作用。
4
2.3.1 硅热法炼镁的基本原理
5
B、艾汉林图上标准生成自由能是指在标准状态下，即参与反应 的气态物质分压为0.1MPa，而固态或液态物质的活度均为1 时的生成自由能。
生产过程： A、 预热期：预热炉料，除去部分CO2和水 B、 低真空加热期：除去全部CO2和水 C、高真空加热期 真空度13.3~133.3Pa， 温度1200 ℃， 时间9h。
镁的蒸馏效率计算公式 镁 = [产出的镁量/按硅量计算的
镁量] ×100%
15
生产经验
A、白云石中氧化硅或硅酸盐的质量分数不宜超过 2%：会妨碍白云石的反应活性； B、白云石中碱金属的质量分数不宜超过0.15%： 污染镁冠，使镁冠在空气中着火燃烧； C、添加2%的氟化钙做催化剂； D、可使用铝硅合金或废铝做还原剂
9
2.3.2 硅热还原法生产实践
按所用设备不同,分为:
皮江法
(Pidgeon Process),
巴尔札诺法 （Balzano Process),
玛格尼法 （Magnetherm Process)
10
(1)Pidgeon Process（1940年）
生产流程
特点：还原设备结构简单，容易操作管理；可利用多种能源进 行还原生产 不足：热利用率低，产能低，还原罐价格昂贵，成本远高于电 解法
6
常压下用硅还原温度需超过2100 ℃，当还原 后的SiO2与MgO造渣生成2MgO· SiO2渣时， 还原温度降至1790℃，如果炉料中有CaO存 在，能造成2CaO· SiO2渣，还原温度降至 1550 ℃。
因此，用硅（铁）还原白云石时，生成 了稳定的化合物二钙硅酸盐，此时还原起始 温度降低约600 ℃，所以用白云石做原料是 有利的。
当MeO为固态，Me为气态时，则 G= G0 - RTln pa(Me)
由此可见，当金属Me的原始压力小于0.1MPa时，RTln paMe为正值, G0值为负值，结果使G值的负值减小即自由
能改变值曲线向上移动。
对于反应2Mg + O2 = 2MgO，当其原始Mg分压小于 0.1MPa时，曲线位置向上移动,意味着硅还原氧化镁的可能 性增 大。
2
碳化物法 其反应式为：
添加少量萤石(CaF2)粉能加速反应过程。反应在 900~1100℃及100Pa下进行，镁的收率可达到
65%。 但由于CaC2的活性较低，又易吸湿，物料流量大等 原因，此法目前也已停用。
3
金属热还原法 用金属或合金作为还原剂的热还原过程。其反应通式
能用作还原剂的金属很多。但从经济方面考虑，工业 上主要用含Si75%的硅铁合金(Ferrosilicon)作还原
用硅还原氧化镁（白云石）的平均温度随压 力的减小而降低。
剩余压力/Pa
平衡温度/ ℃
101325
2375
1333
1700
133.3
1430
13.3
1235
镁的热法实际上是真空还原法, 采取温度1100 ~ 1250℃和真空度13.3~133.3Pa，可顺利 还原出镁。真空除了能够降低还原的操作温度
有色金属冶金学
Non-ferrous Metallurgy
Magnesium Metallurgy 镁冶金（二）
1
2.3 Thermal Reduction Methods
根据还原剂的不同，热还原法炼镁可分为三种： 碳热还原法
以木炭、煤、焦炭等碳质材料作为还原剂，反应式：
此反应是可逆反应。标准状态下，温度高于1850℃ 反应向右进行；低于1850℃时则向左。因此，为 了防止冷却时，镁被CO氧化为MgO，需用大量与 镁不反应的中性气体(如氢气)将混合气体产物带出 高温区急冷下来。故虽然此法的还原剂较便宜，但 由于生产时需要大量氢气以及安全问题，目前已停 用。
16
讨论：为什么使用75%的硅铁作还原剂？ 85%、75%、45%和25%四种硅铁， 其中，83% 的硅铁在合金组织中几乎全部
是以游离硅存在；75%硅的硅铁是由游离 硅和FeSi2存在；45%硅的硅铁是由FeSi2 和FeSi 组成；25%的硅铁完全是由 FeSi 和 Fe3Si2组成。 之所以采用75%硅铁合金作为还原剂，是综 合考虑了技术与经济两方面因素。
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硅铁中含硅量不同，其还 原能力不同。在其它条件 相同的情况下，随着硅铁 中含硅量增加，还原所得 镁的产出率提高
但当含硅量超过75%以后， 镁产出率以及镁的平衡蒸 气压增加的幅度很小
考虑到含硅量越高的硅铁 其价格越贵，因此选用 75%的硅铁作还原剂比较 合理
18
影响还原过程的因素：
煅烧白云石质量：活性、分解率、杂质含量 还原剂还原能力 炉料配比：Si量高，镁实收率提高，Si利用率降低 添加剂 炉料粒度及制团：粒度太小，降低活性，太大，降低接触面积；制
团压力要适中 还原温度、真空度
19
11
原料与工艺参数
白云石（Mg 不低于30%， 在回转窑内煅烧 (1350 ℃ ）， 硅铁（Si 75%), CaF2(萤石) (质 量分数2.5%), 熔剂 反应式： 设备 蒸馏罐用无缝钢管制成, 卧式.操作温度1200 ℃, 外 部加热. 罐长3米, 内径28厘米,装料160kg。
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14
之外，还能防止还原剂硅和产品镁被空气氧化。
8
•硅铁合金(含75%Si）在高温和真空下还原白 云石中的MgO，得到纯镁和硅酸二钙盐熔渣的 反应是：
2(CaO·MgO)(s) + Si (Si –Fe)(s) = 2Mg(g) + 2 CaO·SiO2(s)
Si + O2 = SiO2 2Mg + O2 = 2MgO 2MgO + Si = 2Mg + SiO2
C、如果参与反应的物质不是处于标准状态，则反应的自由能变
化值G应为：G= G0 &#变化值的修正值。
在aMe + O2 = bMeO(O2为0.1MPa)形式的反应中，自
由能变化值的修正值为RTlnpb(MeO)/pa(Me) ·p(O2), 其中 pO2=0.1MPa
剂，此时硅铁中的硅起还原作用，铁不起作用。此 时又叫做硅热法(Silicothermic Processes)。在 某些场合也用铝硅合金作还原剂，此时硅和铝都起 作用。
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2.3.1 硅热法炼镁的基本原理
5
B、艾汉林图上标准生成自由能是指在标准状态下，即参与反应 的气态物质分压为0.1MPa，而固态或液态物质的活度均为1 时的生成自由能。
生产过程： A、 预热期：预热炉料，除去部分CO2和水 B、 低真空加热期：除去全部CO2和水 C、高真空加热期 真空度13.3~133.3Pa， 温度1200 ℃， 时间9h。
镁的蒸馏效率计算公式 镁 = [产出的镁量/按硅量计算的
镁量] ×100%
15
生产经验
A、白云石中氧化硅或硅酸盐的质量分数不宜超过 2%：会妨碍白云石的反应活性； B、白云石中碱金属的质量分数不宜超过0.15%： 污染镁冠，使镁冠在空气中着火燃烧； C、添加2%的氟化钙做催化剂； D、可使用铝硅合金或废铝做还原剂
9
2.3.2 硅热还原法生产实践
按所用设备不同,分为:
皮江法
(Pidgeon Process),
巴尔札诺法 （Balzano Process),
玛格尼法 （Magnetherm Process)
10
(1)Pidgeon Process（1940年）
生产流程
特点：还原设备结构简单，容易操作管理；可利用多种能源进 行还原生产 不足：热利用率低，产能低，还原罐价格昂贵，成本远高于电 解法
6
常压下用硅还原温度需超过2100 ℃，当还原 后的SiO2与MgO造渣生成2MgO· SiO2渣时， 还原温度降至1790℃，如果炉料中有CaO存 在，能造成2CaO· SiO2渣，还原温度降至 1550 ℃。
因此，用硅（铁）还原白云石时，生成 了稳定的化合物二钙硅酸盐，此时还原起始 温度降低约600 ℃，所以用白云石做原料是 有利的。
当MeO为固态，Me为气态时，则 G= G0 - RTln pa(Me)
由此可见，当金属Me的原始压力小于0.1MPa时，RTln paMe为正值, G0值为负值，结果使G值的负值减小即自由
能改变值曲线向上移动。
对于反应2Mg + O2 = 2MgO，当其原始Mg分压小于 0.1MPa时，曲线位置向上移动,意味着硅还原氧化镁的可能 性增 大。
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碳化物法 其反应式为：
添加少量萤石(CaF2)粉能加速反应过程。反应在 900~1100℃及100Pa下进行，镁的收率可达到
65%。 但由于CaC2的活性较低，又易吸湿，物料流量大等 原因，此法目前也已停用。
3
金属热还原法 用金属或合金作为还原剂的热还原过程。其反应通式
能用作还原剂的金属很多。但从经济方面考虑，工业 上主要用含Si75%的硅铁合金(Ferrosilicon)作还原