發(fā)布時(shí)間：2020-11-20 02:43

　　 昆明理工大學(xué)真空冶金國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室對(duì)真空條件下碳熱還原氧化鎂已經(jīng)進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)碳熱還原氧化鎂的實(shí)驗(yàn)中還原得到的Mg與產(chǎn)生的CO氣體發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致得到的還原產(chǎn)物鎂中存在MgO和Mg2C3,降低了鎂的純度。國(guó)內(nèi)外對(duì)于碳熱還原氧化鎂過(guò)程中發(fā)生的逆反應(yīng)也做了不少研究,但是對(duì)于MgO、Mg2C3的形成機(jī)理還沒(méi)有被明確的解釋。本論文針對(duì)以上問(wèn)題,采用第一性原理對(duì)氣態(tài)Mg與CO相互作用的機(jī)理進(jìn)行了相關(guān)的模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)于MgO與Mg2C3的形成機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,以期為碳熱還原氧化鎂產(chǎn)物鎂中逆反應(yīng)的減小提供相應(yīng)的理論指導(dǎo)和改進(jìn)方案。論文首先對(duì)MgO、MgC2和Mg2C3生成可能涉及到的反應(yīng)在不同的真空條件下進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算及驗(yàn)證Mg與C反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),明確壓強(qiáng)為100Pa時(shí),溫度低于1516K時(shí)鎂蒸氣非常容易與CO氣體發(fā)生反應(yīng);在高于常壓及1400K以上時(shí),鎂與碳可發(fā)生反應(yīng)。其次,通過(guò)對(duì)Mg與CO的相互作用進(jìn)行模擬計(jì)算,并進(jìn)行Mg與CO相互作用的實(shí)驗(yàn),得到了 MgO的形成機(jī)理。計(jì)算結(jié)果表明,5ps動(dòng)力學(xué)模擬后,單個(gè)CO分子在Mg(100)表面上只有物理吸附,C-O鍵被拉長(zhǎng),但是沒(méi)有出現(xiàn)化學(xué)鍵的斷裂和生成;兩個(gè)CO分子被吸附在Mg(100)表面時(shí),形成了新的化學(xué)鍵C-C,兩個(gè)C-O鍵都被不同程度的拉長(zhǎng),但是CO與Mg之間沒(méi)有形成新的化學(xué)鍵;三個(gè)CO分子被吸附在Mg(100)表面時(shí),形成了新的化學(xué)鍵C-C-C,中間的C-O鍵斷裂,O原子進(jìn)入Mg的晶格中。進(jìn)行973K、1023K和1073K下鎂與CO的實(shí)驗(yàn),冷凝物表面結(jié)晶不光滑且成色不均勻。發(fā)現(xiàn)冷凝物中含有氧元素和碳元素,冷凝物表面顏色越深,碳含量越高。因此得到MgO的形成機(jī)理:三個(gè)CO分子在鎂的吸附作用下互相結(jié)合形成鏈狀的碳,C-O鍵斷開,O原子進(jìn)入Mg中形成MgO。最后,通過(guò)研究不同數(shù)量的CO分子與Mg的相互作用及CO分子與過(guò)量的氣態(tài)鎂相互作用,得到Mg2C3的形成機(jī)理。延長(zhǎng)模擬計(jì)算的時(shí)間,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)、三個(gè)CO分子在Mg(100)面上不會(huì)形成C-C、C-C-C;四個(gè)CO分子被吸附在Mg(100)表面時(shí),形成了新的化學(xué)鍵C-C-C-C,四個(gè)C-O鍵都被不同程度的拉長(zhǎng),但是沒(méi)有C-O鍵斷裂;環(huán)狀的C606分子被吸附在Mg(100)表面,與之前不同個(gè)數(shù)CO分子被吸附相比,C-O鍵都處于比較弱的狀態(tài),但是沒(méi)有C-O鍵斷裂:氣態(tài)Mg與CO作用,兩端與中間的C-O鍵皆會(huì)斷裂,形成C-C-C。因此得出Mg2C3的形成機(jī)理:氣態(tài)鎂與一氧化碳相互作用,三個(gè)CO在氣態(tài)鎂中形成C-C-C,冷卻時(shí)進(jìn)入Mg的晶格中形成Mg2C3。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TF822
【部分圖文】：

有６５億噸左右，其中硫酸鎂的礦產(chǎn)資源占１６．７３億噸左右，氯化鎂的礦產(chǎn)資源占??３１．４３億噸左右［５］。在柴達(dá)木盆地儲(chǔ)藏著大量的鎂礦產(chǎn)資源，在山西運(yùn)城儲(chǔ)存著大??量的氯化鎂礦產(chǎn)資源［２］。鎂產(chǎn)量的趨勢(shì)圖如圖１．１所示，我國(guó)鎂產(chǎn)量呈逐年遞增??的趨勢(shì)，占世界鎂產(chǎn)量的比例在８５％以上。??■中國(guó)冊(cè)萬(wàn)噸丄世界鮮細(xì)?＾＿－??２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６??圖１．１?２０１１年至２０１６年鎂產(chǎn)量圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｆｒｏｍ?２０１１?ｔｏ?２０１６??ｌ??

原子周圍的波函數(shù)的狀態(tài)如圖２．１所量可以用平坦的贗勢(shì)來(lái)代替真實(shí)勢(shì)。在ｒ＞ｒｃ在的波函數(shù)）與真實(shí)的波函數(shù)保持一致，而零點(diǎn)的方向越來(lái)越平坦。贗波函數(shù)也有相同，從理論上可以對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的證實(shí)。??

２．５鎂蒸氣冷凝時(shí)的理論基礎(chǔ)??２．５．１鎂蒸氣冷凝時(shí)的熱力學(xué)??如圖２．２所示，用單元系相平衡圖［９５］來(lái)分析鎂蒸氣冷凝的過(guò)程。??｜?Ｃ?Ｂ??丨士??Ａ?｜??Ｔ?一??圖２．２單元系相平衡圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｏｎｏｐｈａｓｅ?ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ??從圖２．２可以看出，圖中０Ａ、ＯＢ和０Ｃ三條線將整個(gè)平衡圖其分割成三部分，??線０Ａ與ＯＣ包圍的ｓ區(qū)域?qū)儆诠滔鄥^(qū)域；在線０Ｂ和ＯＣ包圍的１區(qū)屬于液相區(qū)域；在??線ＡＯ和ＯＢ線包圍的ｇ區(qū)屬于氣相區(qū)域。在氣相區(qū)ｇ區(qū)內(nèi)，單一的氣相氣體處在非??飽和的狀態(tài)，不會(huì)冷凝成液相或固相。在０點(diǎn)以外的三條線上屬于兩相共存，氣??固相共存于０Ａ線上，氣液相共存于０Ｂ線上，液固相共存于０Ｃ線上。兩項(xiàng)共存的??三條線相交于三相點(diǎn)０，在此點(diǎn)處氣液固三相共存。??在實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行時(shí)氣相的鎂蒸氣處在非飽和狀態(tài)，此時(shí)氣體的壓強(qiáng)和溫度都??處于圖２．２中的氣相區(qū)域ｇ區(qū)內(nèi)。鎂蒸氣到達(dá)冷凝器時(shí)，由于溫度降低從而由非飽??１９??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2890822