焦炭真空还原氧化镁的热力学分析及实验研究

在真空条件下使用焦炭还原氧化镁制取金属镁是低能耗的镁冶金方法.本文计算了氧化镁与碳之间可能发生的三个还原反应的吉布斯自由能与温度的关系,确定了压力为20Pa时,在室温至2000K的温度范围内,只有MgO(s)+C(s)=Mg(g)+CO(g)可以发生,反应起始温度为1387K.在热力学分析基础上,使用焦炭作为还原剂在真空条件下还原氧化镁制备金属镁.研究了反应温度对氧化镁还原率的影响.反应产物为结晶良好,纯度为99.94％的粗镁.     

真空硅热同步还原制备镁锰研究

阐述锰在镁合金中的作用以及镁锰合金的性能、应用与制备.为了提高镁锰合金中的含锰量,制备新型镁合金及南含锰量Mg - Mn中间合金,分析富锰渣硅热还原的基本原理,提出真空硅热还原制备镁锰合金的新方法.通过热力学分析真空硅热同步还原MgO、MnO,其平衡蒸汽压关系是:Mn的平衡蒸汽压＞Mg的平衡蒸汽压＞系统压强;同步还原条件是:P系≤102 Pa,T还≥1517K;还原温度为1550K时,同步固化冷凝温度T＜922K.研究设计了真空熔融及热还原设备用于实验研究真空硅热同步还原制备镁锰.     

含硼铁精矿还原过程中硼矿物的热力学行为

依据广泛应用的同族化合物线性递变规律,通过拟合钙、镁化合物生成反应标准吉布斯自由能之间的线性关系,由不同温度条件下Ca3(BO3)2和Ca2B2O5生成反应的标准吉布斯自由能求得相应温度条件下Mg3(BO3)2和Mg2B2O5生成反应的标准吉布斯自由能,进而基于化学反应的标准吉布斯自由能与温度之间的近似线性关系,推导Mg3(BO3)2和Mg2B2O5生成反应标准吉布斯自由能,并通过试验进行了验证与探讨。热力学计算及XRD物相分析结果表明:在还原焙烧过程中,含硼铁精矿中的硼镁石(Mg2[B2O4(OH)](OH))分解为遂安石(Mg2B2O5),遂安石进一步与蛇纹石的分解产物镁橄榄石或顽火辉石反应最终转变成小藤石(Mg3(BO3)2)。     

真空铝热还原法制备金属Sr的热力学分析及实验研究

通过热力学计算,得出SrO被Al还原的化学反应自由能和还原反应临界温度,表明造渣反应和真空可有效降低化学反应自由能,由此将还原反应临界温度由标准状态的2244 K降低到1100 K以下.热力学计算、反应产物X射线衍射分析及56%产Sr率测量结果均表明,真空铝热还原法制备金属Sr实际上同时发生了2个反应.反应产物除蒸馏出的金属Sr(纯度为99.0%)外,残留渣团主要为3SrO·Al2O3,并掺有SrO·Al2O3.     

碳热还原法从红土镍矿中提取金属镁的研究

采用了HSC chemistry 5.0热力学分析软件、XRD、SEM及EDS等方法与手段,对碳热还原法从红土镍矿中提取金属镁过程进行了热力学分析及实验研究。研究结果显示,碳热还原提取金属镁过程主要由Mg2SiO4、Fe2O3、MgSiO3、MgFe2O4及少量NiO等参与反应。热力学研究表明,常压下MgFe2O4、Mg2SiO4与MgSiO3碳热还原生成金属镁蒸汽的初始温度在1373～2073K,Fe2O3、NiO碳热还原生成金属铁、镍的初始温度分别为923K、723K;在真空压力为10Pa时,MgFe2O4、Mg2SiO4与MgSiO3碳热还原生成金属镁蒸汽的初始温度均在923～1323K,Fe2O3、NiO碳热还原生成金属铁、镍的初始温度分别为673K、523K。试验结果表明,碳热还原法从红土镍矿提取金属镁过程是可行的,冷凝物含金属镁的平均含量达98.5%以上。     

TZM合金真空烧结脱氧的机制分析

研究添加活性金属元素和碳的TZM钼合金在真空烧结后氧元素的变化,通过热力学计算和分析研究钼合金的脱氧机制。结果表明:在粉末冶金TZM烧结过程中,主要有两种脱氧机制:(1)碳还原体系中的金属氧化物生成金属碳化物和CO;(2)MoO2在真空高温下发生歧化反应生成金属Mo和MoO3气体,MoO3气体被真空系统抽出。提高炉内真空度和降低产物气体的分压可降低脱氧反应进行的温度,有利于脱氧。     

真空硅热法制备Mg-Li合金（英文）

对真空硅热法制备Mg-Li合金进行实验研究,采用X射线衍射仪对产物和残渣进行物相分析,利用扫描电子显微镜观察产物的冷凝形貌。XRD分析表明,产物的主要成分为Mg,反应的主渣相为Ca2SiO4。SEM分析表明,产物微观上相继呈片状、短棒状和絮状。同时研究了在未添加萤石时硅铁添加量、还原温度、成型压力和保温时间对Mg-Li合金制备的影响。在还原温度1250℃、硅铁添加量110%、成型压力15 MPa和保温时间150 min的条件下,镁锂还原率分别为81.38%和99.58%。     

铝热还原制备高钛铁的热力学和动力学

对金红石、钛铁矿、铝粉体系热力学进行了计算.结果表明:以Al、Ca、Mg、Ba、Li、Na等金属做还原剂是可行的,标态下反应的吉布斯自由能变化都很负,可以选用这些金属的合金作为复合还原剂.DSC动力学分析结果表明:Al还原TiO2、Fe2O3在1 000 ℃左右开始进行,而Al还原TiO2、Fe2O体系中添加CaO,反应滞后,在1 236 ℃左右发生反应.     

Preparation of Mg-Li Alloys via Vacuum Silicothermic Reduction Process

对真空硅热法制备Mg-Li合金进行实验研究,采用X射线衍射仪对产物和残渣进行物相分析,利用扫描电子显微镜观察产物的冷凝形貌。XRD分析表明,产物的主要成分为Mg,反应的主渣相为Ca2SiO4。SEM分析表明,产物微观上相继呈片状、短棒状和絮状。同时研究了在未添加萤石时硅铁添加量、还原温度、成型压力和保温时间对Mg-Li合金制备的影响。在还原温度1250℃、硅铁添加量110%、成型压力15 MPa和保温时间150 min的条件下,镁锂还原率分别为81.38%和99.58%。     

多级深度还原法制备Ti6Al4V合金粉体

依据变价金属Ti和V的氧化物在还原过程中逐级还原的特性,提出使用金属氧化物(TiO_2, V_2O_5)作为原料的多级深度还原法制备Ti6Al4V合金粉体的新思路。首先计算了TiO_2-V_2O_5-Mg-Ca体系的吉布斯自由能变,结果表明先进行镁热自蔓延反应,后进行钙热深度还原反应制备Ti6Al4V合金粉体在热力学上具备可行性。然后通过实验进行了验证。镁热自蔓延反应产物酸浸后除去MgO可得到氧含量为15.92%的多孔Ti-Al-V-O前驱体。配入金属Ca后进行深度脱氧可得到低氧的Ti6Al4V合金粉体(Al:6.2%, V:3.64%, O:0.24%, Mg:0.01%, Ca含量0.01%,质量分数)。     

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.     

Rolling route for refining grains of super light Mg-Li alloys containing Sc and Be

Pioneering work on Sc or/and Be added Mg-Li alloys with refined grains was initiated.Various rolling-based thermo-mechanical treatments on these Mg-Li alloys were carried out.Four Mg-Li alloys were prepared by vacuum melting process.A unique route for producing fine grains was applied which concluded solution treatment at 350°C,cold rolling with 60% thickness reduction and 250°C annealing,successively.     

CaF_2催化真空碳热还原异极矿制备金属锌(英文)

通过异极矿真空碳热还原试验,研究添加CaF2和对碳热还原硅酸锌的的影响。结果表明:CaF2能催化硅酸锌的碳热还原,降低还原温度,缩短反应时间;温度越低,催化效果越好;CaF2的添加量越多,催化效果越明显。CaF2催化真空碳热还原异极矿的较佳工艺条件是:CaF2的添加量约10%,还原蒸馏温度1373K,C/Zn总的物质的量比2.5,系统压强低于20kPa,反应时间约40min。在较佳工艺条件下,异极矿中约93%的锌被还原蒸馏出来。     

氧化铝碳热还原氯化法制低价氯化铝反应的热力学研究

对氧化铝碳热还原氯化法制低价氯化铝的反应进行了热力学研究,经过热力学计算得到:在常压下,该反应发生的起点温度为2121.21K,而当系统压力下降时,该反应的起点温度也会下降;经过计算得到了该反应起点温度与系统压力间的关系,也得到了不同系统压力下反应吉布斯自由能与系统温度间的关系。     

Electrochemical codeposition of typical α+β phases Mg-Li alloys from the molten LiCl-KCl-MgCl_2 system

Electrochemical codeposition of Mg-Li alloys on molybdenum electrodes was investigated in LiCl-KCl(50 wt.%:50 wt.%) melts containing different concentrations of MgCl2 at 973 K.Cyclic voltammograms show that the underpotential deposition of lithium on pre-deposited magnesium leads to the formation of liquid Mg-Li alloys.The deposition potentials of Mg(II) and Li(I) ions gradually near each other with MgCl2 concentration decreasing.Mg-Li alloys with typical α + β phases could be obtained by potentiostatic electrolysis from LiCl-KCl melts containing 5 wt.% MgCl2 at -2.25 V vs.Ag/AgCl(cathodic current density 1.70 A·cm-2) for 2.5 h.α phase, α + β phases, and β phase Mg-Li alloys with different lithium contents were obtained by potentiostatic electrolysis from LiCl-KCl melts with the different concentrations of MgCl2.The samples were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy.     

镁热还原法制取金属钛的实验研究

对镁热还原二氧化钛制备金属钛反应过程进行了热力学分析,在此基础上,探索了二氧化钛"真空镁热还原-酸浸除杂"制取钛粉的新工艺.结果表明:镁还原二氕化钛在热力学上是可行的,且反应为教热反应;镁的热还原在实验条件下是压力减小的气固反应:在环境压力为10Pa～30Pa、温度为900℃～1400℃的条件下,低温利于钛粉的生成;过程中氯化钙的添加对还原影响不明显;在反应温度为900℃,反应时间为4h的条件下可得科粉状金属钛.     

Electrochemical codeposition of typical α＋β phases Mg-Li alloys from the molten LiCl-KCl-MgC2 system

Electrochemical codeposition of Mg-Li alloys on molybdenum electrodes was investigated in LiCl-KCl (50 wt.%:50 wt.%) melts containing different concentrations of MgCl₂ at 973 K. Cyclic voltammograms show that the underpotential deposition of lithium on pre-deposited magnesium leads to the formation of liquid Mg-Li alloys. The deposition potentials of Mg(II) and Li(I) ions gradually near each other with MgCl₂ concentration decreasing. Mg-Li alloys with typical α + β phases could be obtained by potentiostatic electrolysis from LiCl-KCl melts containing 5 wt.% MgCl₂ at −2.25 V vs. Ag/AgCl (cathodic current density 1.70 A·cm⁻²) for 2.5 h. α phase, α + β phases, and β phase Mg-Li alloys with different lithium contents were obtained by potentiostatic electrolysis from LiCl-KCl melts with the different concentrations of MgCl₂. The samples were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy.     

Al-Mg-Sc中间合金的制备

在非真空条件下用氟化物熔盐体系镁 (铝 )热还原法制备了Al Mg Sc中间合金 ,讨论了金属还原剂的选择及还原温度、时间等工艺条件对钪收率的影响 ,并研究制定了氧化钪固相氟化制备氟化钪熔盐工艺。采用Al Mg合金熔体为还原剂经二次还原后钪收率 >80 %,制备的Al Mg Sc中间合金铸锭中钪含量 >1.9%,最佳的还原反应温度为 110 0K ,还原时间 40min .。氟化钪还原产生的初生态钪与铝作用形成稳定的Al3 Sc化合物 ,促进了还原的进行 ,使钪收率得到了大幅度提高。     

低温镁热还原TiO2制备金属钛粉的热力学研究

本文针对TiO₂镁热还原产品氧含量高的问题进行了热力学研究,计算了反应体系的吉布斯自由能和绝热温度,绘制了反应优势区图,结果表明当反应温度高于1681 K时TiO无法被镁还原。针对这一问题,提出添加稀释剂的思路以实现对还原过程温度的抑制,计算了不同NaCl、MgCl₂添加量和初始温度对反应绝热温度的影响,指出了钛氧化物充分还原的热力学条件。最后分别以NaCl和NaCl-MgCl₂共熔盐作为稀释剂进行了实验研究,实现了钛氧化物的充分还原。