碳热还原氧化镁及其催化研究
镁冶炼(二)
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 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。
有色金属冶金学
Non-ferrous Metallurgy
Magnesium Metallurgy 镁冶金（二）
朱 骏
zhujun@
有色金属冶金系 北京科技大学冶金学院
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：
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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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Si(s) + 2(CaO· MgO)(s) = 2Mg(g) + 2CaO· SiO2(s)
ΔG0 = 492.21-0.27T kJ/mol ΔG = ΔG0 + RT ln(pMg/p0)2 欲使反应在1200℃下顺利进行，pMg = ？
碳热还原法制镁
大规模工业生产，这些进展均浓缩于两种制造工艺： 冷 淬 法和 “ 溶剂 ＂法 。两种方法均 要 求将菱镁矿煅烧成 Ｍ ０ ｇ ，而后与 固定碳造球 。在冷淬法 中，可 向团粒中加入助溶剂以便于 ． 还 原时有助于除去杂质 ，在还原阶段产生 的镁和 ｃ Ｏ蒸气迅速冷淬并进行收集 。随后产品可 通过精缩达到提纯 。 上个世纪的大量文献主要集 中于这个方法， 尤其是防止发生 “ 可逆反应 ”
以硅铁形式将氧化镁还原 ，而氧化镁 则得 自白云石真空煅烧 ，整个反应可写成
２ Ｏ ２ ａ （ Ｍｇ （ Ｃ ｏｓ ） ＋ ） ） ）２ ￣＋ ａＳ ４）ｘ ｅ） ＝ Ｍｇ ） ２ｉ （ Ｆ （ Ｃ Ｏ。 ＋ ｓ （ １ ） 反应在钢釜中完成 ，温度 １０ ℃，真空 １￣ ０ ａ ２０ ０ ２Ｐ ，每 ８ Ｏ ， ｈ可产镁 ２ ｋ 该工艺的缺 ． ｑ ０ｇ 点是高能耗、低产率 。 但其优点是基本投资低和工艺简单。有人 曾计算过，一个标准的皮江
从管道 中提取冷凝物 通入冷气实现骤冷 ， ， 用烃类油进行激冷而后从浆料中蒸 出镁 。 但是所 有这些方法都未能解决一个核心问题——可逆反应及使微粉有效地成块 。 ２ 世纪 ８ 年代 在 Ｏ ０ 卡美隆等曾用此法进一步进行 了中间试验， 并集中研究了还原过程， 提供 了有关溶渣和蒸气
相 间杂质分布的热力学分析结果 。目前在美 国及澳大利亚的研 究， 主要是采用拉五尔喷咀进 行高速淬冷 （ １ ／ ）以克服可逆反应 。不久前的经济分析表 明，如果可逆反应获得实际 ＞０ ｓ Ｋ
迭层 电池的效率 ≥３ ％ （ Ｍ１ ） ５ Ａ ．。 ５
（ 志杰 ’ 邓 摘译 ）
，
碳热还 原法制镁
镁 的强度厘 量比值高，因而非常适用于运输工具的制造和特种合金生产 ，２０ ０４年全世 界生产镁达到 ５ 万 ｔ ７ ，而且专家预期在今后 １ 年将进一步扩 大增长。 。 一 Ｏ 在２ Ｏ世纪后半叶，全世界镁 生产主要采用氯化镁 电解法，原料取 自海水、盐湖水、制 碱工业的富镁 卤水 以及光 卤石等 。 在澳大利亚和加拿大则将菱镁矿转化为无水氯化镁 ， 而后 进行 电解 。在最近 ５ 中，中国则采用皮江法并成为世界上主导的制镁方法 皮江法 中， 年 硅
碳热还原氧化法制备氧化镁粉体研究
Ａｂ ｔ ｃ ： ｏｉ ｐｏ ｅｕｉｚｔ ｎ ｅ ｃ ｎ ｙｏ ｇ ｅｉｍ ｏ ｉ Ｍ Ｏ）ｎｃ ｒｏ － ｎ ｉｉｇ ｇ ｅｉ ｆ ｃｏ ａｅ ｓｒ ｔＴ ｒｖ ｔ ｉ ｉ ｆ ｉ ｃ ｆ ｎ ｓ ｘ ｅ（ ｇ ｉ ａｂ ｎ ｏ ｔ ｎ ｎ ｓ ｎ ｒ ｒ ｔｒ ｍ ｔ— ａ ｍ ｌ ａｏ ｉ ｅ ｍａ ｕ ｄ ｃ ａ ｎ ｍａ ａ ｅａ ｙ
试发现 ， 氧化镁粉体材料 中氧化镁含量大 于 ９ ％ （ ８ 质量分数 ） 氧化镁 粉体 晶粒粒径 为 ２～３ ｍ， ， 尺寸均匀 。通过热
力 学 分 析 ， 用碳 热 还 原氧 化 法 还 原 生 成 的 ＳＯ气 相 在 氧 化 过 程 中受 到 了 Ｍｇ ｇ 、ａ ｇ 钙 气 相 氧 化 的抑 制 作 用 。 采 ｉ （ ）Ｃ （ ）
ｓ ， Ｒ ｎ Ｅ ｈｗ ｄｔａ ｍ ｇｅｉｍ ｏｉｅｐｗ ｅ ｏｔｉｓ ｒ ｔａ ８ （ ａｓｆ ｃｉ ）Ｍｇ ａｄｔｅｐｗ ｅｓ ｉ Ｘ Ｄａ ｄＳ Ｍ ｓｏ ｅ ｔ ａ ｓ ｘｄ ｏ ｄｒ ｎａ ｅ ｈ ｎ９ ％ ｍ ｓ ｒ ｔ ｎ ｓ ｈ ｎ ｕ ｃ ｎ ｍｏ ａ ｏ Ｏ，ｎ ｏ ｄｒ ｈ
ｍｅｈ ｄ ｕ ｄ ｒｈ ｇ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｒ ｄ ｃｎ ｔ ｓ ｈ ｒ ， ｎ ｈ ｎ ｏ ｉ ｉ ｄ ｔ Ｏ ｐ ｗ ｅ ｈ ｉ． ｅ ｕｔ ｆ ｈ ｍｉａ ｎ ｙ ｔ ｏ ｎ ｅ ｉ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｕ ｉ ｇａｍｏ ｐ ｅ ｅ ａ ｄ ｔｅ ｘｄ ｚ ｏ Ｍｇ ｏ ｄ ｒｉ ｔｅ ａｒ Ｒ ｓ ｌ ｏ ｅ ｃ ｌ ａ — ｅ ｎ ｓ ｃ ａｌ
摘 要 ： 为提 高 镁 质 含 碳 耐 火 材 料 中 氧化 镁 的 利 用 率 ， 该 材 料 中 的 氧 化 镁 进 行 提 纯 。 以 废 弃 镁 质 含 碳 耐 火 对 材料为原料 ， 计感应加热装置模型 ， 用感应炉加热系统对含碳原料加热 ， 碳热 还原氧化法将废 弃镁质含碳耐 设 利 用 火 材 料 中 的 氧 化 物 在 高 温 还 原 气 氛 下 ， 原 成 气 相 并 在 空 气 中 氧 化形 成 氧 化镁 粉 体 。 经 化 学 分 析 、 Ｒ Ｓ Ｍ 等测 还 Ｘ Ｄ、Ｅ
炼镁碳热法
炼镁碳热法
碳热法炼镁是镁冶炼的主要方法之一，其反应温度高达2300℃以上，在该温度下，副产品CO与还原出的镁存在可逆反应。
当反应温度超过1300℃时，可逆反应增加很快，反应温度每提高10℃，反应速度增加2~3倍。
同时，反应生成的镁粉与高温CO易发生爆炸，且高温气体分离困难，冷却设备太复杂，导致20世纪50年代碳热法炼镁企业均已停产。
尽管存在一些挑战，但碳热法炼镁仍然是一个有潜力的研究方向。
一些研究者在尝试用氧化镁和碳还原，以在更高的温度下进行反应，并取得了一些进展。
例如，使用硅铁作为还原剂成本太高，不利于镁企业在社会生存，因此碳还原炼镁仍然是今后研究的重点。
此外，冶金百科也提供了碳热法炼镁技术的信息，包括技术原理、工艺流程、设备要求、安全操作规程等方面。
总的来说，碳热法炼镁虽然面临一些挑战，但仍然是一个有潜力的研究方向。
如何还原氧化镁
如何还原氧化镁
还原氧化镁（MgO）可以使用多种方法，以下是两种常见的方法：
1. 碳热还原法：将氧化镁与碳粉混合均匀，然后在高温下加热。
随着温度升高，碳会与氧化镁反应生成一氧化碳和金属镁，达到还原的目的。
反应方程式如下：
MgO + C →Mg + CO
2. 电解法：将氧化镁溶解在适当的电解质中，如氯化镁溶液（MgCl2）。
通过通入电流，将氧化镁溶液进行电解，使氧化镁离子还原为金属镁。
反应方程式如下：
Mg2+ + 2e- →Mg
这些方法都需要在适当的条件下进行，具体操作时需要根据实际情况选择合适的方法和参数。
同时，在进行任何化学实验时，请遵循安全操作规程，并配备适当的个人防护设备。
还原氧化镁来提取金属镁
还原氧化镁来提取金属镁
镁合金具有优良的性能,广泛应用于汽车制造、航空航天、光学仪器和计算机制造业等领域,被誉为21世纪的绿色工程材料。
目前世界上镁的生产方法主要为电解法和热还原法,其中电解法生产的镁占世界原镁产量的80%左右。
我国是镁的资源大国,储量居世界首位。
我国热法镁厂主要采用皮江法炼镁,生产规模小而分散,技术比较落后,质量不够稳定,随着近几年镁价的不断下跌,许多热法镁厂都陷入困境,因此,开发应用新的炼镁技术已列入国家十五重点发展计划。
皮江法主要受三个因素的制约:(1)采用硅铁做还原剂,成本较高;(2)还原罐价格昂贵且使用寿命短;(3)罐子容量小,热效率低。
碳作为一种常用的廉价还原剂,早已用于多种金属的生产,但用于镁的生产一直没有突破。
二战期间国外建了四个用碳还原法生产镁的工厂,战后均停产,这四个厂都没有使用真空技术。
上个世纪50年代,一些国家的研究者作了一些工作。
最近的资料是美国人1972~1976年作的小型试验和扩大试验,仍未取得适于生产的结果[4]。
设计一种新的真空炉用于炼镁新工艺,使用廉价的烟煤直接还原氧化镁来提取金属镁,改进了皮江法炼镁的诸多弊端。
经过热力学分析和小型试验验证,认为该方法可行,并确定了真空碳热还原氧化镁。
氟化钙催化碳热还原氧化镁的实验
２ 实 验 材 料 及 方 法
还 原 实 验 中 采 用 原 料 为 分 析 纯 ＭｇＯ （ｗｉ ≥ ９８．０％），还 原 剂 为 试 剂 石 墨 粉 （ｗｃ≥９９．８５％）、焦 炭
（ｗｃ≥８５．１２％）、木 炭 （ｗｃ≥８０．０％）和 分 析 纯 活 性 炭 （ｗｃ≥９８．０％），催 化 剂 为 分 析 纯 ＣａＦ２（ｗｉ≥９８．５％）， 其中焦炭的主要成分如表１所示。
１５５０℃×２ｈ ２４．８５ ６２．４９ ５６．６４ ４８．６４
１６００℃×１ｈ ２７．２７ ６０．８６ ５４．８５ ４６．９５
１６００℃×２ｈ ３１．７７ ７１．５７ ６１．４８ ５１．１３
３．２ 工 艺 正 交 实 验 结 果
１３１３
正交实验结果见表３，其分析结果列入表 ４ 和图 １
１３１４
所得 ＭｇＯ 的还原率（％）如表６所示。 表 ４ 实 验 还 原 率 计 算 表
Ｔａｂｌｅ ４Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｄａｔａ ｏｆ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ
因素 时间（ｍｉｎ） 温度（℃） 碳配比（ｍｏｌ）碳粒度（目）
计算值 Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
Ｋ１
１４２．５８ １４７．６５ １３２．８４ １３３．９１
Ａ３Ｂ１Ｃ３Ｄ３
８４．５９
表６ 不同 ＣａＦ２ 含量的 ＭｇＯ 还原率
Ｔａｂｌｅ ６ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｏｆ ＭｇＯ ｗｉｔｈ ＣａＦ２ ｃｏｎｔｅｎｔ
ｖａｒｉａｔｉｏｎ
ＣａＦ２ 含 量 （％ ，质 量 分 数
）
无
１
３
５
实验条件
１５００℃ ×２ｈ
８４．５９
１５００℃ ×１ｈ
α＝
（Ｗ０ －Ｗ１） Ｗ０
铝热还原氧化镁制备金属镁的实验研究
铝热还原氧化镁制备金属镁的实验研究在实验研究中，铝热还原氧化镁制备金属镁是一个具有重要意义的主题。
这项实验涉及到金属冶炼和化学反应领域，涉及到材料学和能源领域。
铝热还原氧化镁制备金属镁不仅在学术研究方面具有深远影响，同时也在工业生产中有着广泛的应用。
本文将针对这一主题进行深入探讨，从实验原理、实验方法、实验结果和实验意义等方面进行全面解析。
1. 实验原理在铝热还原氧化镁制备金属镁的实验过程中，主要有两个关键的化学反应。
首先是铝的氧化还原反应，其反应方程式为：3MgO + 2Al -> 3Mg + Al2O3在这个反应过程中，铝与氧化镁反应生成金属镁和氧化铝。
其次是铝的燃烧反应，其反应方程式为：4Al + 3O2 -> 2Al2O3在这个反应过程中，铝与氧气反应生成氧化铝。
通过这两个关键的化学反应，可以实现铝热还原氧化镁制备金属镁的过程。
2. 实验方法在实验中，首先需要准备好氧化镁和铝粉。
然后将氧化镁和铝粉按一定的摩尔比加入反应瓶中，通过加热反应瓶中的混合物，可以实现铝热还原氧化镁的过程。
实验中需要控制好温度和反应时间，以确保实验的准确性和稳定性。
3. 实验结果在实验进行后，会观察到反应瓶中产生金属镁和氧化铝的混合物。
通过实验结果的分析，可以得出实验过程中金属镁的产率以及产物的纯度等重要数据。
这些数据对于评估实验的有效性和实用性非常重要。
4. 实验意义铝热还原氧化镁制备金属镁的实验研究具有重要的理论和应用意义。
在理论意义上，这个实验有助于深入理解金属冶炼和化学反应的基本原理，为相关领域的研究提供了重要依据。
在应用意义上，金属镁在航空航天、汽车制造、工程建筑等领域都有着广泛的应用，因此铝热还原氧化镁制备金属镁的研究对于相关产业的发展具有重要意义。
5. 个人观点和理解在个人看来，铝热还原氧化镁制备金属镁的实验研究不仅仅是一项实验，更是对于材料科学和冶金工程等领域的重要贡献。
通过这个实验，我们可以深入了解金属冶炼过程中的复杂化学反应，同时也可以探索材料的新应用领域，这对于推动相关领域的发展是非常有益的。
碳化钙真空还原硼镁石提取镁
碳化钙真空还原硼镁石提取镁王耀武;彭建平;李应龙;赵坤;宋阳;冯乃祥【摘要】对以硼镁石为原料，以碳化钙为还原剂的真空热还原炼镁以实现硼镁分离进行了研究，通过对煅烧后的物料进行物相分析，对碳化钙还原硼镁石过程中氧化镁还原率较低的原因进行了分析，并对还原过程中影响氧化镁还原率的因素进行了探讨。
研究结果表明：以硼镁石为原料进行煅烧后获得的煅后硼镁石的氧化镁主要以硼酸镁和硅酸镁化合物的形式存在，游离的氧化镁较少是导致还原过程中氧化镁还原率较低的主要原因。
在煅烧过程中添加氧化钙可使以化合物形式存在的氧化镁游离出来大幅增加氧化镁的还原率。
在煅烧过程中配入氧化钙后进行真空热还原炼镁可有效实现硼镁石中的硼镁分离，其还原过程中的氧化镁还原率可达85%以上，还原后获得的还原渣主要物相为CaO和3CaO·B2O3，可作为生产无碱玻璃纤维的原料，能够实现硼镁石的综合利用。
%A method separating magnesium and boron from ascharite by vacuum thermal reduction using calcium carbide as redutant was studied experimentally. The reason that led to low reduction ratio of MgO in the vacuum thermal reduction process was researched by phase analysis of calcined ascharite and the influencing factors were analyzed. The results show that magnesium in the calcined ascharite is mainly involved in magnesium borate and magnesium silicate, reduction of which is difficult and only small amount is free state of MgO, which is the main cause of low reduction ratio. The addition of CaO during calcination of ascharite can promote formation of more free state MgO and reduction of more MgO. As long as enough CaO is added, magnesium and boron can be effectively separated and reduction rate can be over85%. The main phases in reduction slag are CaO and 3CaO·B2O3. The reduction slag can be used as raw material for production of alkali free glass fiber. So the comprehensive utilization of ascharite ore can be realized.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】7页(P2130-2136)【关键词】分离;硼镁石;还原;镁;相变【作者】王耀武;彭建平;李应龙;赵坤;宋阳;冯乃祥【作者单位】东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳 110004;东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳 110004;东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳 110004;东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳 110004;东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004;东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳 110004【正文语种】中文【中图分类】TF131.1引言我国是硼资源大国，硼资源储量居世界第4位，主要分布在辽宁、吉林以及青海和西藏等地[1]。
真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究
真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究
一、背景
镁是一种轻金属，密度小、强度高、耐腐蚀，广泛应用于航空航天、
汽车制造、电子设备等领域。
然而，传统的镁冶炼方法存在能耗高、环境
污染等问题。
因此，寻求一种高效、环保的制镁方法具有重要意义。
二、原理
三、方法
1.原料准备：将氧化镁粉体和石墨粉体按一定比例混合均匀，制备出
反应前驱体。
2.反应装置准备：将原料装入反应器中，并对反应器进行密封和抽真
空处理，确保反应器内的气氛为真空状态。
3.反应过程：加热反应器，使原料发生反应。
反应温度的选择要根据
具体实验条件来确定，一般为1500-1600°C。
4.冷却和收集产物：反应结束后，关闭加热源，将反应器冷却至室温。
待反应器内温度降至安全范围后，打开反应器，取出制得的金属镁。
四、应用前景
1.高效节能：真空条件下，石墨与氧化镁反应，反应速度快，能耗低。
2.环保：真空条件下，反应产生的CO2不会排放到大气中，减少了环
境污染。
3.产品质量高：真空条件下，可以避免氧化镁与氧化态杂质的反应，
生产出纯度较高的金属镁。
4.应用广泛：金属镁在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广泛的应用前景，因此该制镁方法具有广阔的市场前景。
总之，真空碳热还原氧化镁制取金属镁是一种高效节能、环保的金属冶炼方法。
通过该方法制取的金属镁具有纯度高、品质优秀等优势，具有广阔的应用前景。
随着科技的进步和工艺的不断完善，相信真空碳热还原氧化镁制镁方法将在未来得到更广泛的应用。
碳还原氧化镁温度
碳还原氧化镁温度
通过热力学计算,得出不同条件下碳还原氧化镁所需要的最低反应温度及相应的露点温度。
与常压还原相比,真空条件具有较大的优越性,真空下用碳还原氧化镁得到液态冷凝镁的还原温度不应低于1352,对应的露点温度在651以上。
随着产业化升级及高新技术功能材料市场的需求和发展，研发生产出一系列高新精细氧化镁产品，主要用于高级润滑油、高级鞣革提碱级、食品级、医药、硅钢级、高级电磁级、高纯氧化镁等近十个品种组成。
微孔氧化镁骨料-概述说明以及解释
微孔氧化镁骨料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述微孔氧化镁骨料是一种新型的建筑材料，由微小的氧化镁颗粒组成，具有多孔结构和微孔特性。
与传统的骨料相比，微孔氧化镁骨料具有更高的孔隙率和吸水性能，可以在混凝土中形成良好的内部渗透结构，提高混凝土的强度和耐久性。
微孔氧化镁骨料的制备方法主要包括化学法、熔融法和机械破碎法等。
其中，化学法是常用的制备方法之一，通过合成反应获得具有一定孔隙结构的氧化镁颗粒。
熔融法则是将氧化镁材料高温熔化后冷却，形成块状或粉末状的微孔氧化镁骨料。
机械破碎法则是通过机械力的作用将大块氧化镁材料破碎成小颗粒，形成微孔氧化镁骨料。
微孔氧化镁骨料在工程领域具有广泛的应用前景。
首先，微孔氧化镁骨料可以提高混凝土的强度和耐久性，提高建筑物的整体结构性能。
其次，微孔氧化镁骨料具有良好的吸水性能，可以稳定混凝土的内部湿度，减少内部裂缝的产生。
另外，微孔氧化镁骨料还可以通过掺入其他材料形成多孔材料，应用于建筑隔热、吸音、过滤和吸附等领域。
然而，微孔氧化镁骨料也存在一些不足之处。
首先，制备微孔氧化镁骨料的工艺相对复杂，需要具备一定的专业知识和技术。
其次，微孔氧化镁骨料的制备成本较高，因此在实际应用中需要进行经济评估。
此外，微孔氧化镁骨料的孔隙率较高，容易吸收外界水分，可能对混凝土的性能产生一定的负面影响。
综上所述，微孔氧化镁骨料作为一种新型的建筑材料，具有较好的使用潜力和应用前景。
然而，在实际应用中还需进一步研究和探索，解决其制备成本和性能稳定性等方面的问题，以促进其在工程领域的广泛应用。
文章结构部分的内容应该包括以下信息：在本文中，将按照以下结构展开对微孔氧化镁骨料的深入讨论：1. 引言：1.1 概述：介绍微孔氧化镁骨料的背景和概念。
1.2 文章结构：说明本文的组织结构和各个章节的主题。
1.3 目的：阐明本文旨在探讨微孔氧化镁骨料的制备方法和在工程领域的应用前景，以及其优缺点。
2. 正文：2.1 微孔氧化镁骨料的定义：详细介绍微孔氧化镁骨料的特性和用途。
真空冶金中金属氧化物的性质分析
收稿日期：2002-09-24.第一作者简介：刘大春（1966.3～），男，博士研究生；主要研究方向：真空冶金.真空冶金中金属氧化物的性质分析刘大春，杨斌，戴永年（昆明理工大学材料与冶金工程学院，云南昆明650093）摘要：对金属氧化物在真空条件下挥发性、稳定性及真空热还原进行了理论分析和讨论，介绍了一些金属氧化物真空热还原的实验数据和进展.通过这些分析和试验研究，希望能对真空冶金技术在有色金属冶炼领域的应用有所帮助.关键词：真空冶金；金属氧化物；热还原中图分类号：TF13文献标识码：A 文章编号：1007-855X （2003）02-0022-03Analysis on the Characteristics of Metal -oxide in Vacaum MetallurgyLU Da_chun ，YANG Bin ，DAl Yong_nian（Faculty of Materials and Metallurgical Engineering ，Kunming University of Science and Technology ，Kunming 650093，China ）Abstract ：The theoretical analysis on the volatility ，the stability and heat -reducing of metal -oxide in vacuum conditions is made ，and some experimental data and the new development in recent years are provided ，which hopefully offers some references for the wide application of vacuum metallurgy technology.Key words ：vacuum metallurgy ；metal oxide ；heat -reducing0引言随着时代的进步，人们对各种金属材料的要求愈来愈高，因此对取得各种金属材料的冶金技术和手段也愈来愈苛刻.不仅要求新技术生产率高、成本低、资源利用率高，而且要求能耗低、对环境的污染小、产品的质量高等.真空冶金作为一种比较有特点的冶金技术，近几十年来在冶金行业，特别是在有色冶金行业得到了广泛的应用，取得了很好的经济效益和社会效益.例如：铅锡合金的分离、铅银的分离、锡精炼、锌铁合金的处理、硬锌提锌、银锌渣的处理、粗镉的精炼、稀有金属和贵金属的富集等都在应用真空冶金技术［1］.由于有色金属及其化合物的种类繁多、结构复杂，而真空冶金基础研究还处于初级阶段.需要我们对各种金属化合物在真空条件下的性质及行为进行更详实的研究工作，为真空冶金在工业上的应用铺平道路.金属氧化物只是化合物的一种形式，广泛存在于金属的矿产品、原料及中间产品中，对其在真空过程中的性质进行理论研究和实验验证具有理论和现实意义.1金属氧化物在真空下某些特性的分析1.1金属氧化物的挥发性在真空蒸馏过程中，不管是针对金属，合金及金属化合物，每种组分都有一定的蒸气压.在一定温度及真空度下，蒸气压大的组分优先挥发，留下蒸气压小的组分，这就是真空蒸馏的依据.因此蒸气压影响氧化物的挥发性，蒸气压大的挥发性就大.下面给出一些氧化物的蒸气压与温度关系式［2］.CaOlog P =-27400T +9.771635～1753K FeO log P =-21000T =============================================================+7.541853～1953K第28卷第2期2003年4月昆明理工大学学报（理工版）Journal of Kunming University of Science and Technology （Science and Technology ）Vol.28No.2Apr.2003SiO 2log P =-26430T+13.432133～2503K SnO log P =-13.60T+10.775Al 2O 3log P =-27320T+11.302600～2900K 利用氧化物的lg P -T 关系式可画出蒸气压曲线如图1.图1各种金属氧化物的蒸气压曲线分析关系式和图1都可看出，金属氧化物在不同温度下有不同的挥发特性.对于挥发性高的氧化物，只要加热到一定温度就可汽化与挥发性低的氧化物分开，真空条件促进挥发过程更快更容易进行.实际生产中，即可利用金属氧化物的挥发性不同进行某些生产过程.1.2金属氧化物在真空中的稳定性金属氧化物MeO 2的生成反应为.Me +O 2=MeO 2据有关热力学分析，Me ，MeO 2可视为纯凝聚态活度为1，则反应自由能：ΔG =ΔG 0-RT ln Po 2（1）其中ΔG 0为反应的标准自由能，只是温度的函数.Po 2为反应中的氧压，单位为大气压，在真空中小于标准大气压，则可能为100，10-1，10-2，…，用10-m atm 表示.则（1）式变为：ΔG -ΔG 0=-RT ln10-m =1.987×2.303mT =4.576mT（2）分析（2）式可看出：当一定温度下（T 为定数），系统的真空度提高（m 增大），Po 2减小，ΔG 增大，金属氧化物不易生成，也就是说它的稳定性降低了.当真空度为定数，温度升高，得到同样结论.因此提高真空度和温度使金属氧化物的稳定性降低，变得容易分解.1.3金属氧化物在真空中的还原性我们进行冶炼的目的是为了得到金属材料，因此就要把金属氧化物还原为金属.有许多金属对氧的化学亲和力非常大，极不容易还原，除非提高还原温度.但工业上的高温不易达到，而且不经济，在真空条件下降低了体系中还原产物蒸气的分压，也就降低了最低还原温度［3］.因此，一些有色金属和稀有金属的生产就采用了真空热还原法.图2氧化物还原的（ΔG -ΔG 0）-m 关系图不同的氧化物发生的还原反应，根据氧化物、还原出的金属和还原剂相态不同，系统在反应中物料的增容程度也不同，从而使得真空度对还原反应的影响也不同.对于反应MeO +X =Me +（XO ）gΔG =ΔG 0+RT ln P xo=ΔG 0+4.567lg P xo（3）在真空条件下P xo ≈P 系统=10-m atm则得到：ΔG -ΔG 0=-4.576mT（4）从上式可看出：温度一定时，真空度增大（m 增大），反应的自由能减小，使得还原反应更容易进行.而不同温度时真空度对反应自由能的影响可由图2所示.2几种金属氧化物真空热还原的实验情况昆明理工大学真空冶金及材料研究所近年来对金属氧化物在真空下的变化规律（主要是真空热还原）进行了大量的研究工作，取得了相当的实验数据［4～6］，有些项目已取得了突破，正在进行成果转化.32第2=============================================================期刘大春，杨斌，等：真空冶金中金属氧化物的性质分析2.1氧化锌在真空中的碳还原在常压下，火法炼锌中用碳还原氧化锌得到锌蒸气，但降温时锌蒸气很快会被CO 2氧化成氧化锌（兰粉），因此很难得到液态锌，除非采用强化冷凝的方法.真空中氧化锌的还原就不存在这一问题，而且可以降低反应的温度.通过对锌原料进行真空碳还原研究［1，6］，获得了还原的规律.例如：对含锌质量分数为5.9×10-1和6.35×10-1的焙砂，在920～980℃和1.3×10-1～6.67×102Pa 真空下，加入碳粉（C :Zn 摩尔比1.5～3:1），时间为55～170min 的条件下，锌的挥发分数可达到0.944～0.996.可见在真空中还原蒸发锌，由含氧化锌物料提取锌效果较好.2.2氧化镁的真空还原对于氧化镁的真空碳还原，自20世纪50年代以来，国外的一些研究者做了大量的工作，取得了一些进步，但至今也还没有适用于生产的结果，因此还有必要进行更深入的研究.实验通过对纯MgO 、煅烧白云石（0.59CaO ，0.396MgO ，0.019Fe 2O 3）与破碎的冶金焦粉混合，得到的实验结果如图3和图4所示［5］.由图可看出，在13～667Pa ，温度高于1400℃时，可得到镁蒸气.图3反应3h 后料中钙、镁的逸出与温度的关系图41700K 时料中镁、钙逸出与时间的关系2.3氧化锂的真空还原锂作为密度最小的金属，近年来的应用愈来愈广泛.但由于其性质的特殊性，对它的生产方法许多研究者都在进行积极的探索.通过对碳酸锂进行真空热分解，得到的氧化锂再进行真空硅还原、真空精炼等步骤，得到较纯的锂（Li >99.9%）［1，4］.除了对上述几种金属氧化物的研究外，对Al 2O 3，SeO 等的真空还原目前还在实验研究中，以期能得到新的冶炼方法并造福于人类社会.3结语真空冶金经过多年的研究和实践，充分显示了它的优越性.由于流程短、能耗低、对环境无污染、生产成本低等特点，在某些金属的冶炼过程中所起的作用愈来愈大.但是，制约真空技术在冶金中更大范围应用的因素也还很多，需要我们冶金工作者进行更多的基础理论及真空技术方面的研究，以扩展真空冶金技术在新的金属冶炼领域的应用.参考文献：［1］戴永年，杨斌编著.有色金属材料的真空冶金［M ］.北京：冶金工业出版社，2000.14～17.［2］戴永年，赵忠编著.真空冶金［M ］.北京：冶金工业出版社，1988.234～235.［3］傅崇说著.有色冶金原理［M ］.北京：冶金工业出版社，1984.47～51.［4］杨斌，戴永年著.真空冶炼法提取金属锂的研究［M ］.昆明：云南科技出版社，1999.199～201.［5］钟胜.氧化镁真空碳热还原研究［博士学位论文］［D ］.昆明：昆明理工大学冶金系，1998.［6］郭先健，李淑兰，戴永年.氧化锌真空还原基本规律的研究［J ］.有色金属，1988，（5）：56～59.42昆明理工大学学报（理工版）第28=============================================================卷。
氧化镁晶须的制备方法
氧化镁晶须的制备方法
碳还原法
以碳做还原剂生产氧化镁晶须，是将氧化镁和碳加入到石墨坩埚中加热到1723~1873K。
加热时升温速度应控制在9~12k/min。
对于大一些的反应装置，升温速度控制在15~50k/min。
升温速度过快抑制氧化镁晶须的生长。
所制晶须有4~6mm长，直径的横截面是正四方形的。
氧化镁晶须还可以由氧化镁和碳在碳管炉中制备。
炉中套有一根氧化镁反应管，原料在这个管中被加热到1673~1873K，加热过程中要通过惰性气体进行保护，等到反应进行一段时间后，再通过含有氧气的惰性气体，即可生成氧化镁晶须。
晶须的性质和反应温度有关，例如反应温度在1673~1773K之间，晶须的长度为15mm，直径为20~30um；如果温度在1773~1873K之间，晶须长30mm，直径为300um。
铝还原法
用铝做还原剂亦可以制备氧化镁晶须。
此反应一般在水平管式炉中进行。
反应温度分别为1573k、1723K、1823K，所用原料氧化镁：铝=2:3（质量比），氧化镁粉末的粒度大小约为5~10um，白云石碳化法生产的氧化镁正好在此范围。
整个反应过程不需要用惰性气体进行保护。
另外，如果将氧化镁和铝粉干燥并压成块后再放入炉中加热到1573k以上，同时通入含适量氧气的惰性气体，可以制得三种不同形态的晶须。
一种较大，直径约为25um，长 1.5in （1in=0.0254）；一种较小，直径约为1um或更细。
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碳热还原氧化镁及其催化研究
随着全球资源、环境保护日益严峻，被誉为最具潜力的“绿色工程材料”镁及其合金在国内外的应用领域不断扩大，对原镁的需求量大幅增加，原镁的需求大大推进了炼镁工艺技术的进步。
目前的炼镁方法主要为电解法和硅热还原法，但二者都存在成本高、能耗大、污染严重等问题。
国内外研究者采用廉价的碳作为还原剂，并运用真空冶金技术，形成真空碳热法还原氧化镁工艺，原料成本大大降低。
但是，目前的真空碳热还原法还原反应温度高、镁的还原率低、可逆反应控制难等，因此寻求低温高还原率是碳热还原法炼镁的关键技术。
通过添加氟化物进行催化还原反应，来降低还原温度、提高镁的还原率，达到低耗高效的目的。
通过选取石墨作为还原剂进行碳热还原氧化镁试验，得出试样的失重较低，认为石墨的还原性较差，因此采用几种常用的碳质还原剂进行比较试验，优选得出适合碳热法的还原剂。
通过添加不同种类及含量的氟化物作为催化剂，在不同还原条件下进行碳热还原氧化镁，用原子吸收光谱法分析还原渣中剩余氧化镁的含量，得出氧化镁的还原率，并探讨氟化物的种类及含量对碳热还原氧化镁的催化影响。
试验结果表明：（1）采用以石墨为还原剂进行不同工艺参数的还原试验，得出最佳工艺条件下球团失重也较低，仅为27%左右。
（2）比较几种常用碳质还原剂的氧化镁还原率，还原效果从优到差依次为：焦炭＞木炭＞活性炭＞石墨，焦炭为最佳还原剂。
（3）以焦炭为还原剂的正交试验表明，在本试验条件下碳热还原氧化镁因数影响为：碳粒度影响最大，其次是时间和碳配比，而温度的影响较小，最优工艺条件为时间120min，温度1600℃，碳配比1：3，碳粒度-240目。