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