Magnesium production by carbothermic reduction in vacuum

In present work,we investigate production of magnesium by carbothermic reduction under vacuum conditions.The process was divided into two parts,one is reduction process,and the other one is condensation process.The experimental results revealed that during reduction process,the gas-solid reaction between MgO and CO was not occurred at a temperature and pressure of 1723 K and 30-100 Pa respectively.So the main reduction reaction was MgO(_(s))+C(_(s))=Mg(_(g))+CO(_(g))(under vacuum)and reaction type belonged to solid-solid reaction.In Condensation Process,according to a contrast and analysis,the condensation quality of magnesium is associated with CO concentration.The resultant product C was formed and it followed magnesium vapor condensation which prevents mutual combination of two metal droplets to forms the compact condensation produces.Therefore,in order to compact morphological forms of magnesium crystal whiskers,we must control the technical conditions and find the method to separate the magnesium vapor and carbon monoxide.That's the key factor to get better crystalline structure.

Comparative evaluation of energy and resource consumption for vacuum carbothermal reduction and Pidgeon process used in magnesium production

With the fast development of the application of magnesium based alloys,the demand for primary magnesium is increasing dramatically all over the world.The Pidgeon process is the most widely used process for producing magnesium in China,but suffers from problems such as high energy,resource consumption and environmental pollution.While the process of vacuum carbothermal reduction to produce magnesium(VCTRM)has attracted more and more attention as its advantages,but it has not been well-practiced in industrial applications and there also is no comprehensive and quantitative analysis of this process.This study quantified the flows of resource and energy for the Pidgeon process and the VCTRM process,then compared and analyzed these two processes with each other from three aspects.The VCTRM process results in 63.14%and 69.16%lower of non-renewable mineral resources and energy consumptions when compared to the Pidgeon process,respectively.Moreover,the low energy consumption(2.675 tce vs.8.681 tce)and material to magnesium ratio(2.953:1 vs.6.429:1)of the VCTRM process,which lead to lower greenhouse gas(GHG)emissions(8.777 t vs.26.337 t)and solid waste generation(0.522 t vs.5.465 t)with a decrease of 66.67%and 90.45%,respectively.Results indicate that the VCTRM process is a more environmentally friendly process for magnesium production with high efficiency but low cost and low pollution,and it shows a good potential to be industrialized in the future after solving the bottleneck problem of the reverse reaction.

Kinetics of magnesium preparation by vacuum-assisted carbothermic reduction method

Metallic magnesium was prepared by vacuumassisted carbothermic reduction method, and its morphologies were observed and analyzed. The reduction ratios of reactions were carried out under various vacuums, reaction temperatures, and time. Reaction kinetics of carbothermic reduction process was investigated. The results reveal that the morphologies of metallic magnesium sample that crystallized in the bottom and top sections of the condensation cap appear as the shape of feather with close-packing needle structure and the shape of schistose with metal luster,compactly clumpy structure, respectively. The reduction ratio of reaction process can be facilitated through reducing vacuum, increasing temperature, lengthening time, or their combinations and can reach up to 83.7 % under the condition of 10 Pa and 1573 K with 60 min reaction time. At1423-1573 K, the reaction rate constant k of carbothermic reduction of magnesia in vacuum gets greater with the increase of temperature. The reaction activity energy is190.28, 219.71 and 451.12-528.54 k J mol-1when the procedure of carbon gasification reaction, interfacial reaction, or gaseous diffusion is the reaction rate-determining step at 1423-1573 K, respectively. The gaseous diffusion procedure has the largest activity energy value and is,therefore, the main reaction rate-determining step.

氧化镁真空碳热还原法炼镁的工艺研究

采用物料失重率、金属Mg还原率、X射线衍射（XRD）与扫描电子显微镜（SEM）等手段与方法,研究了真空条件下氧化镁碳热还原温度、物料造球成型压力、物料配比、碳热还原保温时间以及催化剂对氧化镁碳热还原法炼镁工艺的影响。研究结果表明,在30~100 Pa时,碳热还原温度高于1553 K,控制物料压块压力为8 MPa,此时物料失重率最大,最有利于氧化镁的还原。随着焦煤还原剂与氧化镁摩尔比以及碳热还原时间的增加,碳热还原反应速率加大,还原率提高,但是变化效果不明显,加入氟盐CaF2后,物料失重率明显提高,添加CaF2的质量超过物料总质量的3%时,物料失重率超过95%,还原率也相应大幅提高。因此,选择适当的焦煤还原剂与氧化镁摩尔比值以及碳热还原时间,添加超过3%CaF2,将有利于该法炼镁过程的顺利进行与金属Mg还原率的提高。此研究为真空碳热法从氧化镁中提取金属Mg工艺提供了很好的实验依据。

真空碳热还原脱除红土镍矿中镁的研究

元江高镁低品位红土Ni矿开发利用的关键在于提取Ni的同时,重视金属Mg等金属的综合回收利用。本文针对真空碳热还原红土Ni矿脱除金属Mg的过程进行了研究,探索处理元江红土镍矿的新工艺。借助XRD分析手段分别考察了40 Pa压强下,不同温度、不同配碳量和催化剂对剩余渣物相和Mg脱除率的影响,并利用SEM、EDS等手段研究了冷凝产物的形貌、结构和成分。热力学分析和实验表明,真空碳热还原红土Ni矿脱除金属Mg在工艺上是可行的,在反应温度为1500℃、保温90 min、配碳质量比为100∶42的条件下,Mg的脱除率可以达到93.85%,得到主要成分为FeSi和SiC的剩余渣;Ni品位由1.18%提高到3.24%;金属Mg晶体呈层状冷凝的六方致密结构,其平均纯度达到94%以上。

真空碳热还原氧化镁的热力学分析及实验验证

对真空条件下用碳还原氧化镁反应进行热力学分析,计算出不同条件下C还原MgO所需要的最低反应温度及相应的露点温度。结果表明,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13 5 2℃,对应的露点温度在65 1℃以上。用自制的真空碳热炼镁小型真空炉。

真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究

文章首先简单介绍了现有炼镁方法的状况,指出了现有炼镁方法存在的一些问题,认为真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究具有十分重要的意义。随后文章从热力学和动力学两个方面分析了真空碳热还原氧化镁的反应机理。文章在重点介绍国内外真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究历程和最新研究进展后,明确了今后对该方法制取金属镁需要重点解决的难题。文章最后对真空碳热还原氧化镁制取金属镁的特点进行了总结,并对该方法制取金属镁做了展望。

氧化镁真空碳热还原行为研究

本文在真空条件下碳还原氧化镁行为的热力学和动力学进行研究。热力学研究表明,氧化镁真空碳热还原反应是C直接还原MgO,动力学研究表明,氧化镁真空碳热还原反应机理符合界面化学反应模型,动力学方程为1-(1-α)^(1/3)= 0.192e^(-221400/RT)t,表观活化能E=221.4kJ·mol^(-1)。

以菱镁石为原料铝热还原炼镁的实验研究

对以菱镁石为原料,以铝粉为还原剂的真空热还原炼镁技术进行了实验研究,通过热力学分析和对还原渣的物相分析,对铝热还原煅后菱镁石的机理进行了探讨。还原实验结果表明:当以还原反应4MgO+2Al=3Mg+MgO.Al2O3进行配料时,在还原温度1200℃,还原时间2 h,铝粉过量5%的条件下,氧化镁的还原率在72%以上,铝粉利用率在91%以上,还原过程的实际料镁比低于3.3∶1。进一步提高还原过程的铝粉加入量,可使镁铝尖晶石中的MgO进一步被还原,还原过程中的氧化镁还原率可达85%以上,但铝粉利用率下降至84%左右。

真空碳热还原菱镁矿制取金属镁的试验研究

用简化的"布斯自由能函数"对真空条件下用碳一步还原菱镁矿反应进行热力学分析,得到真空条件下碳酸镁分解和还原反应的起始温度。将菱镁矿和煤混合制团,进行一步还原炼镁试验。结果表明,在真空20Pa下温度600℃,30m in后碳酸镁基本分解完全,温度至1200℃,MgO被还原,冷凝得到条状金属镁,镁条表面纯度达93%,内部纯度可达99.5%以上。

Al-Si-Fe合金真空热法炼镁过程动力学

采用收缩未反应核模型研究Al-Si-Fe合金真空热还原煅后白云石制镁过程动力学,考察了制团压力、还原温度(T)和添加氟盐对镁还原率(R)的影响.结果表明,在40～150MPa内,制团压力越大,镁还原率越高;添加氟盐可加快还原反应速率,提高镁还原率.确定了还原过程最佳工艺条件为:还原温度1413K、还原时间(t)120min、真空度4Pa、制团压力150MPa、CaF2添加量3%.在1373～1413K内,还原过程为一级反应,由还原剂通过固体产物层的内扩散步骤控制,宏观动力学方程为1+2(1-R)-3(1-R)2/3=0.194exp(-8.38×103/T)t,表观活化能为69.7kJ/mol.

真空碳热还原煅白制取金属镁的工艺

采用物料氧化镁还原率、XRD、SEM 等手段与方法研究真空条件下煅白碳热还原温度、物料配比、碳热还原保温时间等对碳热还原煅白制取金属镁工艺的影响。结果表明：在30-100 Pa时，碳热还原温度高于1623 K后，氧化镁的还原率明显增加，有利于碳热还原反应的进行。随着焦煤还原剂与氧化镁摩尔比的增大以及碳热还原时间的延长，碳热还原反应反应速率加大，还原率提高，当碳热还原温度为1623 K、还原时间为4 h、配碳比为1.6时，氧化镁还原率超过99%。因此，选择适当的焦煤还原剂与氧化镁摩尔比值以及碳热还原时间，在温度高于1623 K条件下，将有利于碳热还原法炼镁过程的顺利进行与氧化镁还原率的提高。

真空碳热还原制镁工艺的研究进展

碳热还原炼镁工艺是采用廉价的碳及碳化物还原氧化镁或者其他镁矿的炼镁新工艺,是一种潜在的能够代替现有工业生产中传统热法炼镁工艺的低能耗、高产出的炼镁技术。重点介绍了碳热还原炼镁技术的起源、反应原理、试验设备、工艺路线,以及真空碳热还原炼镁技术的发展现状和碳热还原的动力学研究进展。

红土镍矿真空碳热还原脱镁的热力学研究

高镁低品位红土镍矿开发利用的关键在于提取镍的同时,重视金属镁等金属的综合回收利用。本文从热力学角度针对真空碳热还原红土镍矿脱除金属镁的过程进行了分析及能耗估算,探索处理红土镍矿的新工艺的热力学可行性。热力学计算表明,真空碳热还原红土镍矿脱除金属镁是可行的。当体系压强100Pa左右的条件下,MgO被还原的温度大于1478K,Ni、Fe以及部分硅将优先被还原为金属;过程能耗理论估算表明:当红土镍矿∶煤炭(质量比)=100∶42,1600K^1800K条件下还原处理1吨红土镍矿,需消耗1.12吨~1.17吨标准煤。

红土镍矿真空碳热还原特性

通过红土镍矿含碳球团的还原实验,采用X射线衍射、扫描电镜、能量散射谱和化学成分分析等手段,研究红土镍矿原料性质、还原产物的物相转变和显微结构的变化规律,探讨红土镍矿的真空碳热还原特性。红土镍矿原料性质研究表明:在973 K时干燥焙烧红土镍矿能够改变矿物的微观结构,促进矿物的分解,提高矿物的还原性。实验结果表明:还原过程产物主要有SiC、Fe-Si合金、2MgO.SiO2、Mg和SiO气体,其中SiO挥发至冷凝系统歧解生成Si和SiO2,金属Mg在冷凝系统受到O、Si元素的轻度污染;添加剂CaO和CaF2可显著改善红土镍矿的还原效果,促进了镍铁颗粒的聚集。

真空碳热还原炼镁的研究

金属镁和镁合金是装备轻量化的重要材料,但是皮江法的高成本、高能耗及环境污染问题制约了金属镁的发展。本文系统阐述了近20年真空冶金国家工程实验室在真空碳热还原炼镁方面所取得的研究进展,其中包括了还原的热力学研究、实验的探索和设备的改进、CaF2的催化机理、碳热还原的逆反应规律、金属镁蒸气冷凝规律等。

机械活化对镁金属真空碳热还原反应的强化作用初步研究

用机械活化法对镁金属的真空碳热还原反应进行了研究。为了突出机械活化对此反应的强化作用,在1273K、真空度为1000Pa的条件下,重点考察了机械活化时间对此反应的影响。实验获得了块状的银白色镁金属晶体,实验结果表明,该方法对此反应具有很好的强化作用。对机械活化后氧化镁的机械储能进行了分析和计算,计算结果显示:位错吉布斯自由能的增加是氧化镁机械储能增加的主要部分。并用谢乐公式对氧化镁的平均晶粒尺寸进行计算。

真空碳热还原碱式碳酸镁制镁实验

为了获得真空碳还原制镁的新工艺.以碱式碳酸镁、焦炭为原料,氟化钙为催化剂,在真空管式炉中经热分解、真空还原制备金属镁.通过正交试验研究了温度、焦炭与MgO摩尔比.氟化钙添加量等因素对还原率的影响,各因素的影响程度为：温度〉摩尔比（n（C）/n（MgO））〉氟化钙添加量.最佳工艺条件为：温度为1450℃,焦炭与MgO摩尔比为3：1,氟化钙添加量为13%,还原率均在44.2%～45.1%之间.最后确定了真空还原碱式碳酸镁制备金属镁的工艺流程.

催化剂对真空碳热还原MgO的影响

对碳热还原MgO进行了热力学计算,并研究了氟盐对MgO还原率的影响。结果表明在无催化剂的条件下,还原温度和时间分别为1500℃和60min时,MgO的还原率为67.05%,而氟盐的加入能大幅度提高MgO还原率,还原时间较长时CaF2的催化效果比MgF2的好。

CaF_2对机械活化强化镁金属真空碳热还原反应的作用研究

对Ca F2在机械活化强化镁金属真空碳热还原反应中的作用进行了研究。研究表明:与未经过机械活化的镁碳热还原反应相比,Ca F2不仅能对Mg-O化学键起到破坏作用;更重要的是经过机械活化后,Ca F2的晶粒度减小,活性和机械储能都得到了增强。这些变化进一步降低了该反应的活化能,加快反应速率。基于此,在1273K、真空度为1000Pa的条件下,对机械化活化后,反应时间、机械活化时间等因素对镁金属的真空碳热还原反应的影响做了进一步的实验研究。实验结果表明经过机械活化后,Ca F2对此反应的作用更为显著。并对Ca F2机械活化后对此反应的强化作用进行了分析和讨论。这些结果有望为新的镁金属冶炼工艺提供参考。