真空硅热还原制备Mg-Sr合金热力学及试验研究

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真空热还原技术具有生产工艺较简单、环境状况好、产品纯度高等优点,在有色金属冶炼领域占据非常重要的地位。真空条件能够有效地保护活泼金属,防止其被氧化,同时能大幅度降低还原反应温度。该技术是冶炼和提纯镁、钙、锶、等金属的最佳工艺。本论文创新性地将真空热还原技术应用于Mg-Sr合金的制备,针对真空硅热还原法制备Mg-Sr合金进行了热力学分析及试验研究。计算了真空硅热法制备金属Sr及Mg-Sr合金反应的吉布斯自由能和临界反应温度,推导出了还原反应方程式,获得了还原反应进行的热力学条件,分析了反应温度、真空度对反应过程的影响规律。进行了TG-DSC热分析试验和真空硅热法制备金属Sr及Mg-Sr合金的试验,获得了Mg-Sr合金试样并分析了试样的成分、组织及渣样的成分。并针对金属Mg、Sr蒸气产物的冷凝特性,设计出Mg、Sr蒸气同步冷凝的技术方案。热力学分析及试验研究结果表明:1.在标准大气压下,硅热法还原MgO与SrO的临界反应温度分别为2429K、2876K,该临界反应温度高,难于工业实施;2.硅热法制备Mg-Sr合金还原反应的主反应式为:(1 -x )MgO(s) + xSrO(s) + Si(s) + (1-x)CaO(s) = ( 1-x )Mg (g)+xSr(g) + (1-x)(2CaO·SiO2 )(s) +x(2SrO·SiO2)(s),Sr为x mol.%。3.真空硅热法制备Mg-Sr合金的反应吉布斯自由能随着温度的升高而降低,压强的减小而减小;4.在真空度为15Pa,加热速率20℃/min,升温至1100℃,保温80min,反应时间长为135min的条件下,硅还原MgO和SrO的混合物可顺利制备出Mg-Sr合金且还原反应的速率在30-90min段内较快;5. Mg-Sr合金冷凝物的主要相组成为α-Mg和Mg17Sr2,渣样主要相组成为Ca2SiO4和Sr2SiO4。Mg-Sr合金结晶区域可分为三部分,先期凝结的部分晶粒比较粗大和疏松,后期凝结的部分晶粒细致均匀,中间层组织介于两者之间。6. Mg、Sr蒸气冷凝过程中,当冷凝温度Tv<650℃,真空度Pv<267Pa时,可凝结为固体。
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