实验五`硅热还原法炼镁的热力学分析

实验五、 硅热还原法炼镁的热力学分析

【实验性质】 网络平台实验 ；学时：2

1实验目的

掌握标准状态和非标准状态时化学反应等温方程式的计算方法及应用，能分析温度、活度、分压等因素对化学反应方向的影响；理解硅热还原法炼镁的热力学原理。掌握FactSage 软件的Reaction 模块的主要用法。

2实验原理及内容

工业上目前生产金属镁的主要方法为硅热还原法，其主要过程为在1100-1300C 的高温、真空条件下利用硅铁从含MgO 的白云石中还原获得金属镁。主要反应为

MgO + 0.5 Si= Mg(g) +0.5 SiO 2

当温度为T 时，该反应的等温方程为：

其中：

本实验通过对标准态、非标准态时等温方程的计算，说明如何利用真空能使一个大气压下难以进行的反应在真空条件下得以顺利进行。

计算内容：

2.1标准状态时，Si 还原MgO 反应的还原温度；

2.2非标准态时，研究温度对Mg(g)平衡分压的影响

2.3非标准态时，研究SiO 2活度对平衡Mg(g)分压的影响

3主要操作步骤

FactSage 软件的Reaction 模块可以很方便地计算标准态或非标准态时化学反应，其主要包括两个步骤：1）设定化学反应方程式；2）设定计算条件。需要注意的是在计算之前需要设定计算所使用的热力学数据库。

200000()0.50.5r SiO Mg g Si MgO G G G G G Δ=Δ+Δ−Δ−Δ2()0.500.5ln g SiO Mg r r Si MgO a P G G RT a a ⋅Δ=Δ+

⋅

3.1 标准状态时，Si还原MgO反应的还原温度

3.1.1首先选择数据库：选用Fact53纯物质数据库

3.1.2输入反应方程式：注意选择各物种的物相以及去掉非标准态的选项

3.1.3 输入计算条件：设定deltaG=0,来计算标准态的还原温度

3.2 非标准态时的计算

3.2.1不同温度时Mg(g)的平衡分压

在输入反应方程式时，选中非标准态的选项；设定Mg(g)分压为P

下一步：设定计算的温度区间为1000 2000 100，表示所计算温度为1000K到2000K，步长为100K；再设定Delta G=0

3.3 分析SiO2活度对平衡Mg(g)分压的影响

由SiO2-MgO相图可以知道，该反应的产物不可能为纯SiO2,而只能为(MgO)2SiO2，因此首先计算(MgO)2SiO2中SiO2的活度。

下一步，使用计算所得的1423K时SiO2的活度0.006317来计算1423K时Mg(g)的平衡分压：首先在化学方程式选中non standard states，输入SiO2活度0.00631

其次在计算条件中设定温度为1423K，Delta G为0

4 讨论

4.1 按照分析SiO2活度的类似思路，通过计算分析使用白云石为原料时，CaO的引入对Mg(g)平衡分压的影响。

4.2 通过计算，分析使用硅铁中硅的活度对Mg(g)平衡分压的影响。

4.2 分析硅热还原法炼镁的热力学可能性（温度与真空度）。

4.3 总结在冶金反应过程中，为实现标准态下不能进行的反应，常用的手段有哪些。