真空碳热还原氧化镁制取金属镁的研究(3)

　　昆明理工大学真空冶金及材料研究所目前仍在进行这方面的研究，主要研究的内容有：研制高效还原反应器，研制新型冷凝器，进行扩大试验，进一步对反应机理进行研究等。其研发的新实验装置和实验得到的金属镁冷凝产物分别见图5、图6、图7。

图5 kg级真空碳热炼镁实验设备图6 金属镁冷凝团块

图7 金属镁冷凝产物SEM图图8 CSIRO' 碳热法炼镁装置

　　目前澳大利亚、美国等国家的一些研究机构也正在进行这方面的研究，尤其是澳大利亚的CSIRO 对真空碳热还原氧化镁制取金属镁的工艺前景特别看好，已经投入一定的人力、物力、财力进行这方面的基础性研究，其实验装置见图8。从全世界范围来看，目前还没有真空碳热还原法炼镁扩大实验研究成功和工业化生产的报道。

4、真空碳热还原氧化镁炼镁实现工业化生产需要解决的难题

　　与传统金属镁的生产方法相比较，真空碳热还原法炼镁具有很多的优势，国内外一些研究机构在这方面已进行了大量的研究，为实现工业化生产做了很多的铺垫，下一步需要重点解决的问题有：①抑制镁蒸汽与CO、CO2 发生可逆反应。②降低镁粉的产生量并防止其自燃。③其他。

　　（1）镁蒸汽与CO、CO2发生的可逆反应如下：

MgO(s) + C(s) =Mg(g)+ CO(g) （8）
MgO(s) + CO(g) =Mg(g)+ CO2(g) （9）

　　要想得到金属镁，必须将镁蒸气变成液态或者固态才能有效收集，这就要求冷凝器内的温度必须控制在镁的熔点温度附近或者以下。当温度降低时，（8）式和（9）式的反应就将向左进行，这样不仅降低了金属镁的收集率，而且收集到的金属镁中含有的氧化镁成分比较高，影响了产品的质量，这种混合产品很难再熔并需要进一步蒸馏提纯。

　　为了解决这个问题，国外一些研究者和生产工厂采取了一些措施，但是效果不佳。如美国哈士吉（Hansgirg）所做的试验和柏门能特工厂的实际生产就是通过使用大量天然气喷入Mg 蒸气和CO 的混合气体中，使其急冷，以抑制CO 氧化Mg蒸气，结果得到的是大量的镁粉，而不是块状镁或液态镁。杰弗吕·布洛克（Geoffrey Brooks）等人则提出为了抑制混合气体发生逆反应，镁蒸气被CO 氧化，在采取气体急冷措施的同时，用一种液体金属或者合金来溶解吸收混合气体中的镁。但是还没有看到成功的报道。

　　（2）降低镁粉的产生量并防止其自燃当冷凝器内冷凝温度低于金属镁的熔点温度时，镁蒸汽在冷凝器内基本上生成镁粉，镁粉活性很大，极易自燃，当量较大时，还会发生爆炸。这不仅造成了极大的浪费，还容易引发安全事故，给国家和社会造成生命财产的损失。镁粉自燃现象在热法炼镁企业中比较突出。因此研究一种新型的冷凝器，通过简单控制冷凝条件，使镁蒸气冷凝成块状结晶镁或者液态镁很有必要。

　　（3）其他

　　其他需要解决和完善的方面有研制高效还原反应器和新型冷凝器，进一步研究真空碳热还原氧化镁的反应机理，选择合适的添加剂，研究添加剂对反应的影响等。

5、结论与展望

　　综上所述，在真空中使用廉价的煤碳还原氧化镁提炼金属镁是可行的，与其它的炼镁方法比较，真空碳热还原法炼镁具有如下的一些优点：

　　①作还原剂用的煤碳比硅热法中的硅铁便宜，来源广、易于获得，降低了生产成本。②冶金过程在密闭的真空系统中进行，产生的废气易于收集治理，对环境污染很小。③能耗均比硅热法和电解法低，节约了能源。

　　在资源、能源、环境已成为影响我们人类社会可持续发展的最主要因素之际，研究真空碳热还原氧化镁制取金属镁具有非常重要的现实意义，该工艺流程在真空环境条件下，使用廉价的煤炭作为还原来还原氧化镁（或镁矿石）得到金属镁，具有流程短、能耗小、成本低、生产效率高、污染小、操作环境安全等特点。一旦该工艺在工业上试验成功，将是一个非常大的进步。