硅热法冶炼金属镁

镁的化学性质镁的化学性质很活泼。

固体镁在常温、干燥空气中，一般是比较稳定的，不易燃烧，但
在熔融状态时，容易燃烧，并生成氧化镁（MgO）。

在 300 ℃时，镁与空气中的N2作用生成氮化镁（Mg3N2），使镁表面成为棕黄色，并且温度达600℃时，反应迅速。

3Mg+2N2=Mg3N2镁在沸水中可与H2O作用，使水分解放出氢（H2）。

镁能溶解在无机酸（HCl、
H2SO4、HNO3、H3PO4）中，但能耐氟氢酸和铬酸的腐蚀。

盐卤、硫化物、氮化物、碳酸氢钠（NaHCO3）溶液对镁有侵蚀作用。

镁在NaOH 和Na2CO3溶液中是稳定的，但有机酸能破坏镁。

镁能将许多氧化物（TiO2、UO2、Li2O 等）和氯化物（TiC l4、ZrC l4）等还原。

镁与铁不形成合金，但铁在镁中的溶解度随温度增高而增大，镁的物理化学性质
镁的物理性质镁是元素周期系第二族化学元素，其晶格是密集的
六方晶系。

镁的自由原子的电子排列为1s22s22p63s2，所以镁通常为两价（Mg2+）。

金属镁是一种很轻的金属，它的质量比铝还轻
1/3，它还是电与热的良好导体等，其物理化学性质数值为［3］：原子序数：12原子量：24.305原子体积：13.99cm3/mol原子半
径：0.15nm离子半径（Mg2+）：0.074nm密度：20℃
（Mg99.9%） 1.74g/cm3熔点（651℃）1.57g/cm3液体状态
1.54g/cm3熔点温度：651℃沸点温度：1107℃（p=0.1MPa）熔融潜热：（99.93% Mg）8786.4±418.4J/mol蒸发潜热：
（1107℃）127.6±6.3kJ/mol升华热：（651℃）
142.3±6.3kJ/mol导热率：（20℃）22.9×10-4Ω·cm-3标准电位：-2.38V电化当量：0.453g/A·h结晶收缩率：3.97% ～4.2%收缩率：（651～20℃）2%镁的蒸气压相当高，627℃时为
215.95Pa，727℃时为1037.1Pa，因此镁极易挥发。

纯镁是柔软
可锻的金属，铸镁的抗拉强度约为8kg/mm2，而锻镁则为
20kg/mm2，其延伸率相应为6% 和8% ，布氏硬度分别为30kg/mm2
和35kg/mm2，镁中所含的杂质大多数对其机械性能有不良影响。

MgO 超过0.1% 时会降低镁的机械性能。

钠的含量超过0.01% 或者钾的含量超过0.03% 时也会大大降低镁的抗拉强度及其机械性能。

但同时含钠达0.07% 和含钾达0.01% 时，镁的机械强度虽不降低，但降低其塑性。

但是有些杂质元素对镁的物理性能有所改善。

例如杂质硅能使镁的抗拉强度增大；钙能使镁的晶粒细化，含钙约为0.45% 时，镁的
塑性显著提高；含铝1% 左右能增加镁的硬度和机械强度；铜在1% 以下时不使镁的机械强度发生变化。

镁与铝、铜、锰、锌、锆、钍等金属可构成合金。

这些合金的机械性能比纯镁优良。

镁与铁、铍、钾、钠等金属不能构成合金。

蒸汽压指的是在液体（或者固体）的表面存在着该物质的蒸汽，这些蒸汽对液体(或者固体）表面产生的压强就是该液体(或者固体）的蒸汽压。

比如，水的表面就有水蒸汽压，当水的蒸汽压达到水面上的气体总压的时候，水就沸腾。

我们通常看到水烧开，就是在100摄氏度时水的蒸汽压等于一个大气压。

蒸汽压随温度变化而变化，温度越高，蒸汽压越大。

当然还和液体种类有关
在一定的温度下，与同种物质的液态(或固态)处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度升高而增加。

如：放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。

如果把纯水放在一个密闭的容器里，并抽走上方的空气。

当水不断蒸发时，水面上方汽相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。

但是，当温度一定时，汽相压力最终将稳定在一个固定的数值上，这时的汽相压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压力。

当汽相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值时，液相的水分子仍然不断地气化，汽相的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，液体和气体达到平衡状态。

所以，液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压力时，汽液两相即达到了相平衡。

饱和蒸汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度。

饱和蒸汽压越大，表示该物质越容易挥发
为了使镁蒸气冷凝下来，必须使结晶器内镁的蒸气压75（p实）大于结晶温度下镁的饱和蒸气压（p饱和）。

即p实>p饱和应该指出，还原过程是在真空中进行的，因此还原出来的镁蒸气不可能达到平衡。

即使在还原区，镁蒸气的实际蒸气压（p实）比镁的平衡蒸气压（p平）低。

进入冷凝器的镁蒸气压p实>350.58Pa时，镁冷凝成液态，当p实<350.58Pa时，镁直接冷凝成固态。

为了提高镁的冷凝效率，冷凝器的温度低一点为好，但冷凝器
的温度和剩余压力对镁的结晶结构有很大的影响。

生产实践表
明，为了减少出罐和精炼时镁的氧化燃烧损失，要求镁蒸气在冷凝
时得到致密的结晶。

冷凝器的温度愈高和剩余压力愈低，结晶愈
致密。

当冷凝器内的剩余压力为1.33Pa时，可以得到平整的纤维状结晶。

剩余压力为26.66Pa时，得到的是树枝状的镁。

当剩
余压力较高，冷凝温度又低镁蒸气将成镁粉冷凝下来。

81.镁的结晶状态受哪些因素的影响？
镁的结晶状态与还原时体系的剩余压力有关，还与冷凝温度
有关。

冷凝温度高（低于镁的熔点、真空度高（剩余的压力低），冷凝的镁是致密纤维状的镁。

冷凝温度高，真空度低，冷凝成树枝状
的镁。

冷镁温度低，真空度低，会冷凝成粉状镁。

所以冷凝温度的
高低、真空度或剩余压力的高低对镁结晶的状态影响很大。

结晶镁的质量与漏入罐内的空气、炉料中的水分和CO2有关。

它们能使镁蒸气氧化，生成MgO和Mg3N2，并与镁蒸气一
起冷凝沉降下来，妨碍镁滴的彼此融合，使结晶镁极为分散且无金
属光泽
还原车间恶劣的劳动条件是如何形成的？生产上应如何
操作来改善它？
还原时从滑阀泵排出的气体是真空泵油的挥发物，这部分气
体有害工人身体健康，应排到室外。

还原罐开盖后，冷凝结晶在碱
金属捕集器中的Na、K，因活性大，立即燃烧，冒白烟。

如果冷凝在镁结晶器中的镁属于疏松、细粒状的镁粉，也会引起着火燃烧，冒
出大量的烟气。

如果还源罐中的炉渣因温度降低而粉化，那么在
扒渣时容易造成飞扬损失，使空气中含尘量增大，渣中夹带的镁、
及会氧化和氮化，氮化镁（Mg3N2）的分解放出大量气体及NH3气，这就使车间的劳动条件大大变坏。

为了改善车间的劳动条件、
厂房内应设卫生排气系统，还原时控制炉温及冷凝器中的温度，使Mg、Na、K分部位结晶。

选定含Na、K低的白云石，采用机械扒渣，缩短扒渣时间；合理的匹配主真空机组，使系统剩余压力低、镁结
晶致密都有利于改善劳动条件。

在从还原罐中取出镁结晶器时，此时罐中有镁燃烧现象，可用含硫磺30% 的灭火熔剂进行灭火，以免镁烧损。

白云石中的CaO与MgO含量应达到上述要求，如果白云石中MgO含量过高（大于 22% MgO），CaO 含量就偏低（小于 30%CaO），在还原过程中就不能形成2CaO·SiO2炉渣，故应添加CaO。

反之白云石中CaO 含量过高（大于33% CaO），MgO 含量就偏低（小于19% MgO），还原过程中镁的产出率低，故原料中应添加MgO。

对于硅热法
炼镁来说，为了简化工艺流程，要求白云石中CaO/MgO=1（摩尔比）。

这样在工艺流程中可不考虑添加MgO或CaO。

以下四种硅铁的合金组成为：85% Si以上的硅铁，在合金组成中几乎全都是以游离硅（Si游）存在；75% Si的硅铁是由游离硅（Si游）和FeSi2组成；45% Si的硅铁是由FeSi2和FeSi组成，几乎没有游离硅；25% Si的硅铁完全是由FeSi和Fe3Si2组成的
萤石一般用天然萤石作为硅热法炼镁的添加剂，这种天然萤石其CaF2含量为87% ～90% ，最好的含CaF2可达95% 。

萤石中应少含SiO2、Fe2O3和Al2O3等杂质。

硅热法还原煅烧白云石的反应机理
以硅作还原剂还原煅烧白云石的化学反应，
可以用下式表示：2（CaO·MgO）+Si==2Mg+2CaO·SiO2在还原温度（1200℃）下，反应物均为固态，但却可获得较快的还原速度Mg和CO2反应会生成单质碳且是主反应。

在点燃条件下
2 Mg+CO2===2MgO+C
镁属于第二主族元素,与钠同周期,故金属性比钠弱,与水反应生成物与纳与水反应相似,条件比钠要求高
镁与热水(冷水)反应强烈(缓慢)生成氢氧化镁沉淀物并置换出氢气
化学方程式为
Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑
氧化镁
名称：氧化镁(Magnesium oxide)
俗称: 苦土;灯粉
分子式: MgO
物理性质:白色轻松粉末，无嗅无味无毒.本品不溶于水和乙醇，熔点2852℃，沸点3600℃，氧化镁有高度耐火绝缘性能。

化学性质:氧化镁是碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性
暴露在空气中，容易吸收水份和二氧化碳,溶于酸和铵盐
高温
Mg(OH)2==MgO+H2O。