《預製球團煅燒過程CaSi2生成規律及強化鎂還原的機理研究》是依託東北大學，由傅大學擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：預製球團煅燒過程CaSi2生成規律及強化鎂還原的機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：傅大學
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目依託“球團預製-矽熱還原煉鎂”新工藝，在該工藝中，預製球團煅燒過程生成中間相CaSi2，其作為有效還原劑促使還原過程形成固-液兩相反應體系，避免固-固反應降低還原速率的問題，從而強化還原，實現鎂的深度提取。.本項目重點研究煅燒過程CaSi2的生成規律及固-液反應條件下MgO強化還原的機理。利用 Factsage軟體研究煅燒過程的熱力學，繪製相關體系優勢區圖；採用Raman、XRD、SEM、BET、熱分析等手段對煅燒和還原過程中Si、CaO、MgO、及中間相CaSi2互相作用的界面行為、傳質規律和反應動力學特徵進行系統研究，揭示預製球團煅燒過程CaSi2的生成機理及其還原氧化鎂的作用機制，建立CaSi2生成和熟球團還原的動力學模型，進而對新工藝的煅燒和還原過程進行精細調控，促進煅燒過程中CaSi2的生成，實現氧化鎂的深度還原。本項目的研究可為最佳化新工藝提供理論指導和技術支持。
結題摘要
目前，世界上85%以上的金屬鎂是利用皮江法生產。雖然皮江法經過不斷改進，但其仍存在能耗高、污染重的問題（生產1t金屬鎂需要近5噸標煤，排放近30噸CO2）。針對這一問題，提出“球團預製-矽熱還原煉鎂”新技術。在該工藝中，預製球團煅燒過程生成中間相CaSi2，其作為有效還原劑促使還原過程形成固-液兩相反應體系，避免固-固反應降低還原速率的問題，從而強化還原，實現鎂的深度提取。 項目圍繞新技術展開研究，探索煅燒過程物相相互作用熱力學規律、CaSi2的生成規律及固-液反應條件下MgO強化還原的機理，獲得如下成果：繪製了相關體系的優勢區圖，進行了熱化學平衡組成分析，結合差熱熱重等檢測技術，確定了煅燒階段CaSi2的生成；預製球團煅燒過程CaSi2的生成機理研究表明：Si元素擴散進入煅白顆粒，與氧化鈣發生反應，生成CaSi2；矽鐵和CaF2的加入降低了白雲石的分解溫度，建立了預製球團熱分解動力學方程，兩階段分解活化能分別為270kJ·mol-1和280kJ·mol-1；延長煅燒階段的保溫時間會降低煅白的活性，進而降低還原率；預製球團真空還原參數為還原溫度1573K，還原時間3h，矽鐵過量15%，此時的還原率為92.26%；建立了預製球團還原動力學方程，還原過程為三維擴散（楊德）控制，當矽鐵過量15%時，活化能為388.38kJ/mol；研究了還原反應的擴散傳質過程，確定了還原反應步驟。還原劑矽鐵中的矽擴散進入煅白相，與煅白中的氧化鈣反應，生成CaSi2和Ca2SiO4，CaSi2與MgO反應生成鎂蒸氣和Ca2SiO4，Fe不參與還原反應。 項目的研究揭示了矽熱還原過程中CaSi2的形成規律，為“球團預製-矽熱還原煉鎂” 技術提供理論指導和技術支持。同時受項目的研究啟發，形成了預製球團“一罐出”煉鎂新技術（已授權發明專利）。該技術煅燒和還原在一個裝置中完成，能夠完全利用煅白的餘熱，加快還原工序的傳熱過程。與皮江法相比能夠節約能耗、減少CO2排放。
