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电场—温度场耦合还原金属镁研究

电场—温度场耦合还原金属镁研究

作者：武航进长安大学

学位级别：硕士

镁作为现代工程应用中最轻质的金属材料,近年来它的应用范围及规模正逐年递增,这导致原镁的需求量也日益增长。中国作为产镁大国,制镁工艺以传统皮江法为主。该方法需要长时间维持极高的温度来保障其还原的效果,这会造成严重的能源浪费... 详细信息

镁作为现代工程应用中最轻质的金属材料,近年来它的应用范围及规模正逐年递增,这导致原镁的需求量也日益增长。中国作为产镁大国,制镁工艺以传统皮江法为主。该方法需要长时间维持极高的温度来保障其还原的效果,这会造成严重的能源浪费以及环境污染,同时高温条件也使得还原罐遭受严重损耗,提高了冶炼镁的成本。为了解决上述问题,亟待开发一种新型低温制备金属镁的方法。近年来,电流辅助技术在金属成型、陶瓷烧结等方面取得了长足的发展,该技术与传统的单一加热手段相比,其显著的优点在于能够大幅度地降低炉温。鉴于电流辅助技术的优势,本文拟将电流辅助技术应用到金属镁冶炼领域,采用电场-温度场耦合来冶炼金属镁,以帮助解决高能耗、高污染等问题。主要研究工作及结果如下:以硅铁为还原剂,在电场和温度场的耦合加热作用下,对煅烧后的白云石进行低温真空还原从而获得金属镁,并研究了反应时间、起始直流场强(对应设备温度)、电流密度这三个独立变量对氧化镁还原效果的影响。结果表明,随着反应时间的延长、起始直流场强的减小和电流密度的增大,氧化镁的还原率显著提高,同时,为了降低反应装置的温度,需要增大起始直流电场的强度。当施加950 V/cm的起始直流场强时,在炉温为700°C、电流密度为1.18 A/cm的条件下,经过150 min的反应,氧化镁的还原率可达到88.35%。X射线衍射(XRD)和电子探针显微分析(EPMA)的结果表明该方法获得的金属镁的纯度为98.54 wt%。最后通过焦耳热效应解释了该电场-温度场耦合制备金属镁的还原机理。用廉价的兰炭代替硅铁还原剂,在电场和温度场的耦合加热作用下,对煅烧后的白云石进行低温真空还原从而获得金属镁。结果表明,随着反应时间的延长、起始直流场强的减小(对应设备温度的升高)和电流密度的增大,氧化镁的还原率显著提高,并在900°C的炉温、510 V/cm的外加起始直流电场、10.61 A/cm的电流密度、80 min的反应时间下,氧化镁的还原率高达95.61%。同时据XRD和EPMA的结果可知,该方法可以获得纯度为89.37 wt%的粉末状金属镁。此外,利用焦耳加热效应解释了该方法的作用机理。以硅热法还原为代表,在电场和温度场耦合加热作用下,进一步研究了样品两端所用电极的种类对该方法还原金属镁的影响。结果表明,使用硅铁、石墨和碳化硅电极均可以在最佳工艺条件下还原出金属镁,且还原效果无较大差异。这三种电极均参与了反应,且反应前后存在不同程度的质量变化,但均表现出正极减重和负极增重的情况,这可能是存在微弱的化学反应所导致的。

关键词：金属镁电场-温度场耦合煅白硅铁兰炭电极反应

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气力输送水泥粉体扑灭金属镁火灾研究

消防科学与技术 2018年第8期37卷 1114-1117页

作者：周详林佳陈添明刘方林徐志胜颜龙江苏省消防总队江苏南京210036 三一重工股份有限公司湖南长沙410100 中南大学防灾科学与安全技术研究所湖南长沙410075

为了研究水泥粉体扑灭金属镁火灾的可行性,通过自行设计的水泥粉体气力输送装置开展金属镁火灾的灭火试验研究。介绍水泥粉体气力输送羽流模型。结果表明,采用气力输送原理可以实现水泥粉体的高效输送灭火,但过高的喷射高度会导致气体... 详细信息

为了研究水泥粉体扑灭金属镁火灾的可行性,通过自行设计的水泥粉体气力输送装置开展金属镁火灾的灭火试验研究。介绍水泥粉体气力输送羽流模型。结果表明,采用气力输送原理可以实现水泥粉体的高效输送灭火,但过高的喷射高度会导致气体喷射速率明显下降,过低会因过高气体流速产生的冲击力发生回弹。灭火实验表明,将水泥粉体作为灭火剂可以有效扑灭金属镁火灾并表现出较好的抗复燃性能,主要灭火机理为物理窒息作用,其中金属镁火灾荷载越大,所需水泥覆盖层越厚,灭火时间也越长。

关键词：金属镁火灾水泥粉体灭火气力输送

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菱镁矿制备金属镁和镁铝尖晶石的实验研究

菱镁矿制备金属镁和镁铝尖晶石的实验研究

作者：李雪峰中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

金属镁及其合金具有比强度高、导热导电性能好、易于机械加工和回收等优点,工业上应用十分广泛,镁已经成为世界上仅次于钢铁和铝的第三大金属工程材料。以菱镁矿为原料,以铝粉为还原剂,真空热还原制备金属镁,同时利用还原产物生产镁铝... 详细信息

金属镁及其合金具有比强度高、导热导电性能好、易于机械加工和回收等优点,工业上应用十分广泛,镁已经成为世界上仅次于钢铁和铝的第三大金属工程材料。以菱镁矿为原料,以铝粉为还原剂,真空热还原制备金属镁,同时利用还原产物生产镁铝尖晶石,不但可以使制备金属镁的原料和能源消耗大大降低,还可以使还原产物全部得以利用,是一种节能环保的绿色冶金技术。本文以煅烧菱镁矿得到的氧化镁为主要原料,以铝粉为还原剂,制备金属镁和镁铝尖晶石。重点研究了物料配比、还原条件、制样条件对氧化镁还原率、铝利用率以及固相还原产物的影响。并采用X射线衍射、扫描电镜、X射线荧光分析、电感耦合等离子体原子发射光谱法等手段对制得的金属镁、中间产物和镁铝尖晶石进行了表征。主要取得了以下成果:(1)物料配比、反应温度和时间、制样条件对氧化镁还原率和铝利用率有明显的影响。随着物料中MgO:Al摩尔比的增加,氧化镁还原率降低。铝利用率随物料配比的变化关系受反应温度和时间影响。在相同的反应温度和时间条件下,随着压块厚度和直径的增加,氧化镁还原率和铝利用率均降低。(2)采用真空铝热还原制得的金属镁纯度较高,满足国标GB/T 13748.20-2009中Mg9990的要求。(3)铝热还原产物的内部和外部呈现宏观的不均匀性,存在内层的铝向外层的宏观迁移。固相还原产物中心的主要物相是镁铝尖晶石和未反应的氧化镁。固相还原产物的外层的物相与反应温度和反应时间有关,1100℃?3hrs后主要物相是镁铝尖晶石、镁铝氧化物和未反应的铝及氧化镁;1200℃?2hrs后主要物相是镁铝尖晶石、?-Al2O3和未反应的铝及氧化镁。(4)以铝热还原制备金属镁所得的还原产物为原料制备镁铝尖晶石结果表明:煅烧合成尖晶石的物相受还原产物中镁铝比影响较大,受温度和时间以及成型压力的影响不大。尖晶石的显气孔率随着温度的升高而减小。(5)兼顾氧化镁还原率与还原产物中的镁铝比,得出优化的工艺条件为:还原温度1200℃,反应时间2hrs,真空度≤10Pa、成型压力为100MPa、MgO:Al=1.7:1,在该条件下MgO还原率可达70%,还原产物的主要物相为α-氧化铝和氧化镁,高温烧结得到的镁铝尖晶石。本论文的研究结果表明:以菱镁矿煅烧制备的氧化镁为原料,以铝粉为还原剂,真空热还原制备金属镁过程的镁还原率高,物料配比MgO:Al=1.7,反应温度1200℃,反应时间2hrs,还原产物中的主要物相为镁铝尖晶石、氧化镁和α-氧化铝,该还原产物经球磨、压制成型、高温烧结后可以获得密度较高的镁铝尖晶石。该工艺同皮江法相比,不仅可使制备金属镁过程的能耗大幅度降低,而且实现了制备金属镁还原产物的全部利用,没有固体废弃物产生,具有较好的应用前景。

关键词：菱镁矿金属镁镁铝尖晶石铝热还原

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微波加热白云石与金属镁制备的实验研究

微波加热白云石与金属镁制备的实验研究

作者：梁莉重庆大学

学位级别：硕士

镁及镁合金作为一种新型的应用材料,近年来己广泛应用于军用、民用领域的许多方面。我国镁工业在近年来得到迅速的发展,而皮江法炼镁工艺是我国现行生产镁的主要方式。尽管皮江法炼镁工艺是一项比较成熟的工艺,但从发展循环经济和可持... 详细信息

镁及镁合金作为一种新型的应用材料,近年来己广泛应用于军用、民用领域的许多方面。我国镁工业在近年来得到迅速的发展,而皮江法炼镁工艺是我国现行生产镁的主要方式。尽管皮江法炼镁工艺是一项比较成熟的工艺,但从发展循环经济和可持续发展的角度看,仍然存在着一些问题,制约着该工艺的进一步发展。主要表现在三个方面:环境污染、破坏资源和劳动强度大。这同目前“清洁生产”、“优化生产”的理念相悖,因此有必要就传统工艺的上述问题研究相应的改进措施。本文通过将微波工艺及对传统工艺相关参数的控制相结合的办法,探求改进皮江法的新途径,以达到节能降耗的目的。本文通过对微波加热白云石生产煅白和还原过程的热力学、动力学的分析,找出微波加热白云石的限制性环节以及影响还原过程的相关因素,设计了具体的实验方案。并通过还原炉的热平衡计算结果分析,采用微波加热与传统加热还原相比,可节能30-35%。在微波加热白云石实验中,实验所用的设备为M W-L0316V隆泰微波炉,采用Ravtek高精度红外测温仪测温。通过与传统加热方式的对比,对微波加热白云石后的烧损率和水化活性度进行了研究。研究结果表明:为达到工艺所需的较好的煅白质量,即白云石烧损率46.5-47.5%,水化活性度应为36%左右。传统加热的温度范围为1250-1300℃,加热时间为140-180min;微波加热所需的温度范围是1200-1240℃,加热时间为100-130min。微波加热所需的加热温度比传统加热方式的低了50-60℃,加热所需的时间少40-50min。在镁还原实验中,将煅白、硅铁和萤石按比例配合、混料压块后放入真空还原炉中在一定条件下还原,通过对还原温度、还原时间、炉料细度与制球压力、炉料中的配硅比与镁价、硅铁价比值关系的控制,得出这些参数与镁的还原效率和硅利用率的关系,并确定最佳的参数值。实验表明:为了提高镁的还原效率、硅的利用率、降低原材料的消耗和降低生产成本,最佳的工艺条件与控制的梯度范围为:还原温度为1175-1200℃;还原时间为7-8h,增加装球量可适当延长时间;制球压力为:150-160kg/cm2(指炉料细度100%通过100目筛);配硅比为:M= 1.1-1.15。当镁价:硅铁价>3.0时,M值向1.2靠近;当镁价:硅铁价镁可达到我国三级镁锭的标准。

关键词：皮江法微波加热技术参数金属镁节能

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JF公司金属镁产品发展策略研究

JF公司金属镁产品发展策略研究

作者：彭振彪西北大学

学位级别：硕士

随着全球化工业水平的不断提升,环保型工业产品的市场空间在近年来不断扩增。镁与镁合金作为一种新型绿色材料开始逐渐走入人们的视野当中,近年来开始受到社会各界的广泛关注。其需求量逐渐增大在航天航空、汽车制造等工业领域,得到了... 详细信息

随着全球化工业水平的不断提升,环保型工业产品的市场空间在近年来不断扩增。镁与镁合金作为一种新型绿色材料开始逐渐走入人们的视野当中,近年来开始受到社会各界的广泛关注。其需求量逐渐增大在航天航空、汽车制造等工业领域,得到了广泛的应用,并且其市场空间呈现出逐渐扩增的趋势。陕西省榆林市作为我国国家级高端能源化工基地,有着丰富的镁资源储备,逐步成为我国镁产品的主要生产地。以榆林地区典型的金属镁产品生产企业JF公司为对象,深入研究JF公司金属镁产品发展存在的问题,提出JF公司金属镁产品发展策略,这一研究对于企业做出正确决策及我国煤产业供给侧结构性改革具有一定的参考价值。在本文研究过程中,通过互联网、图书馆等途径收集到大量有关镁产业行业发展的现况以及决策案例数据,在此基础上对其进行整理分析之后形成本文研究所需的基本材料。然后对JF公司进行实地调研,对企业领导、员工采取访谈调查方式来了解当前企业发展过程中所处的内外环境,发现其存在的发展问题即:无秩序竞争加剧,经济效益不稳定,组织、产品结构不合理,运营高负债化,流动资金短缺,抗风险实力不足,管理有待进一步提升等问题,追究JF公司问题原因根源在于核心技术产业化缺乏机制和平台、JF公司整体规模还需扩大、抵御经济风险能力差、人才短缺阻碍镁行业快速发展等,针对问题原因制定出具体解决方案。利用SWOT分析为JF公司金属镁产品发展提出相应的意见,并提出相应发展保障措施,确保该方案得到有效执行。本文围绕企业策略管理理论进行研究与分析,为JF公司制定出一套切合企业实际的科学合理发展方案。本研究对于JF公司的发展具有一定的推动作用,另外在一定程度上也为我国镁产业的发展提供了参考。

关键词：金属镁发展策略循环经济

以高硼高镁型硼镁石矿真空铝热制备金属镁的实验研究

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以高硼高镁型硼镁石矿真空铝热制备金属镁的实验研究

作者：朱钢立东北大学

学位级别：硕士

我国硼矿储量较大,大部分的硼资源为高硼高镁的硼镁石。目前我国硼镁石主要用于碳碱法生产硼砂,但由于矿石中镁含量较高使该工艺对硼的提取率不到75%,提取后除产生硼砂外还产生大量污染严重的碱性硼泥,既造成资源的浪费又污染严重,急需... 详细信息

我国硼矿储量较大,大部分的硼资源为高硼高镁的硼镁石。目前我国硼镁石主要用于碳碱法生产硼砂,但由于矿石中镁含量较高使该工艺对硼的提取率不到75%,提取后除产生硼砂外还产生大量污染严重的碱性硼泥,既造成资源的浪费又污染严重,急需开发一种高效清洁的硼资源综合利用方法。硼镁石真空铝热还原炼镁——炼镁还原渣配料生产无碱玻璃纤维工艺可充分利用硼镁石资源,无废渣排放,实现了硼镁石的绿色冶金,是一种很有前景的硼镁石利用方法。论文对以高硼高镁的硼镁石为原料,以铝粉为还原剂的真空热还原炼镁过程进行了研究。通过对硼镁石的煅烧、硼镁石和CaCO3混合煅烧及混合熟料的真空铝热还原三部分内容进行研究,得出的如下主要结论。硼镁石的煅烧实验研究结果表明：提高煅烧温度或延长恒温时间都可提高硼镁石的烧损率,其最大烧损率为13.07%;硼镁石的差热分析表明：其热分解可以分为三个阶段,第一阶段为452-668℃,分解过程的活化能Ea为379.68KJ/mol和指前因子A为6.36x1021min-1;第二阶段668-800℃分解过程的活化能Ea为1282.42KJ/mol和指前因子A为5.47×1065min-1;第三阶段800～1200℃分解过程的活化能Ea为1097.69KJ/mol和指前因子A为4.96×1038min-1;硼镁石在煅烧过程中主要生成2MgO·B203和3MgO·B2O3,游离态的MgO量很少,直接以该物料为还原原料还原率较低。硼镁石和CaCO3混合煅烧熟料的实验研究表明：CaO可以置换出2MgO·B2O3和3MgO·B2O3中的MgO,煅烧后产物的主要物相为3CaO·B203和MgO。配入CaCO3后,在较低温度下延长煅烧时间可以使烧损率明显增大,高温下延长煅烧时间烧损率变化不大,但可以使更多的MgO被CaO从3MgO·B203中置换出来;适当增大制团压强,可起到同样的效果,但压力过大,球团的孔隙率降低,气体逸出的阻力增大,物料分解阻力增大,分解不完全,降低烧损及还原率。较佳的煅烧温度为1100℃,煅烧时间为120min,制团压力为90MPa。硼镁石和CaCO3混合熟料的真空铝热还原实验结果表明,最佳的还原条件为：还原温度1200℃,还原时间120min,铝粉过量15%,氟化钙3%,在此条件下,氧化镁的还原率为87.86%,还原渣的主要成分为3CaO·B2O3和HCaO·CaF2·7Al2O3;通过还原等温动力学研究得出：1373-1473K还原过程的表观活化能Ea为218.09kJ/mol,指前因子A为9.18×105。本论文的研究结果表明：以辽宁宽甸高硼高镁低硅的硼镁矿为原料,配入一定量CaCO3后进行煅烧获得煅烧熟料,煅烧熟料经真空铝热还原后获得金属镁,实现了硼镁分离,还原渣可用于生产无碱玻璃。这为硼镁石真空铝热还原炼镁——炼镁还原渣配料生产无碱玻璃纤维工艺的产业化提供了理论和技术支撑。

关键词：硼镁石铝热还原无碱玻璃金属镁

水相中金属镁诱导的Reformatsky型反应的研究

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水相中金属镁诱导的Reformatsky型反应的研究

作者：刘奕天津大学

学位级别：硕士

本实验首次设计了镁诱导下水介质中芳香醛和溴代苯乙酮在饱和硝酸铵溶液和硝酸银中的Reformatsky型反应,得到了较好的产率,对水相中碳碳键的耦合反应进行了拓展。合成了两种未见报道的新物质,通过红外光谱,核磁共振氢谱和元素分析进行... 详细信息

本实验首次设计了镁诱导下水介质中芳香醛和溴代苯乙酮在饱和硝酸铵溶液和硝酸银中的Reformatsky型反应,得到了较好的产率,对水相中碳碳键的耦合反应进行了拓展。合成了两种未见报道的新物质,通过红外光谱,核磁共振氢谱和元素分析进行结构表征。通过分析提出了本反应体系可能的反应机理——单电子转移(SET)的机理通过X晶体衍射对化合物3–(3,4,5–三甲氧基苯基)–3–羟基–1–苯基–1–丙酮的晶体结构进行了解析,确定了单晶结构,讨论了晶体内的弱相互作用和化合物的其它性质。

关键词： Reformatsky反应水相介质金属镁单电子转移(SET) 硝酸银

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金属镁引发丙烯腈聚合的机理探讨

Chinese Journal of Catalysis 1982年第3期 233-238页

作者：吴锦远中国科学院广州化学研究所

前文报道了在硝酸溶液中以金属镁引发丙烯腈聚合动力学的研究。为了进一步了解上述聚合体系的引发机理,又考察了丙烯腈在硝酸溶液中的行为、金属和硝酸的反应过程和聚合物的链端结构。实验结果表明:(1)丙烯腈在硝酸溶液中以络合物的形... 详细信息

前文报道了在硝酸溶液中以金属镁引发丙烯腈聚合动力学的研究。为了进一步了解上述聚合体系的引发机理,又考察了丙烯腈在硝酸溶液中的行为、金属和硝酸的反应过程和聚合物的链端结构。实验结果表明:(1)丙烯腈在硝酸溶液中以络合物的形式存在;(2)当金属与硝酸反应产生的初生态氢或它的次级反应产物——一氧化氮阳离子向

关键词：金属镁硝酸溶液引发机理聚合体系丙烯睛初生态机理探讨

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金属镁及镁合金中微量铝铍的快速连续测定

理化检验-化学分册 1982年第4期18卷 2+1-2+14页

作者：钱平天朱爱芬风华机器厂

本文基于铬菁R-溴化十六烷基三甲基铵分别与铝(Al3+)、铍(Be2+)生成蓝紫色的三元络合物的原理,并利用这二种三元络合物在某些掩蔽剂存在下的不同特性,提出了微量铝、铍快速连续测定的设想,并将其应用于金属镁和镁合金的分析中。

关键词： CTMAB 金属镁蓝紫色三元络合物退色剂微量铝 SCR 显色反应点滴试验镁合金轻有色金属合金连续测定检量线金属金属材料