昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室對真空條件下碳熱還原氧化鎂已經進行了大量的理論和實驗研究,發現碳熱還原氧化鎂的實驗中還原得到的Mg與產生的CO氣體發生反應,導致得到的還原產物鎂中存在MgO和Mg2C3,降低了鎂的純度。國內外對于碳熱還原氧化鎂過程中發生的逆反應也做了不少研究,但是對于MgO、Mg2C3的形成機理還沒有被明確的解釋。本論文針對以上問題,采用第一性原理對氣態Mg與CO相互作用的機理進行了相關的模擬計算和實驗研究,對于MgO與Mg2C3的形成機理進行了詳細的闡述,以期為碳熱還原氧化鎂產物鎂中逆反應的減小提供相應的理論指導和改進方案。論文首先對MgO、MgC2和Mg2C3生成可能涉及到的反應在不同的真空條件下進行了熱力學計算及驗證Mg與C反應的實驗,明確壓強為100Pa時,溫度低于1516K時鎂蒸氣非常容易與CO氣體發生反應;在高于常壓及1400K以上時,鎂與碳可發生反應。其次,通過對Mg與CO的相互作用進行模擬計算,并進行Mg與CO相互作用的實驗,得到了 MgO的形成機理。計算結果表明,5ps動力學模擬后,單個CO分子在Mg(100)表面上只有物理吸附,C-O鍵被拉長,但是沒有出現化學鍵的斷裂和生成;兩個CO分子被吸附在Mg(100)表面時,形成了新的化學鍵C-C,兩個C-O鍵都被不同程度的拉長,但是CO與Mg之間沒有形成新的化學鍵;三個CO分子被吸附在Mg(100)表面時,形成了新的化學鍵C-C-C,中間的C-O鍵斷裂,O原子進入Mg的晶格中。進行973K、1023K和1073K下鎂與CO的實驗,冷凝物表面結晶不光滑且成色不均勻。發現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的形成機理:三個CO分子在鎂的吸附作用下互相結合形成鏈狀的碳,C-O鍵斷開,O原子進入Mg中形成MgO。最后,通過研究不同數量的CO分子與Mg的相互作用及CO分子與過量的氣態鎂相互作用,得到Mg2C3的形成機理。延長模擬計算的時間,發現兩個、三個CO分子在Mg(100)面上不會形成C-C、C-C-C;四個CO分子被吸附在Mg(100)表面時,形成了新的化學鍵C-C-C-C,四個C-O鍵都被不同程度的拉長,但是沒有C-O鍵斷裂;環狀的C606分子被吸附在Mg(100)表面,與之前不同個數CO分子被吸附相比,C-O鍵都處于比較弱的狀態,但是沒有C-O鍵斷裂:氣態Mg與CO作用,兩端與中間的C-O鍵皆會斷裂,形成C-C-C。因此得出Mg2C3的形成機理:氣態鎂與一氧化碳相互作用,三個CO在氣態鎂中形成C-C-C,冷卻時進入Mg的晶格中形成Mg2C3。
【學位單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TF822
【部分圖文】：

有６５億噸左右，其中硫酸鎂的礦產資源占１６．７３億噸左右，氯化鎂的礦產資源占??３１．４３億噸左右［５］。在柴達木盆地儲藏著大量的鎂礦產資源，在山西運城儲存著大??量的氯化鎂礦產資源［２］。鎂產量的趨勢圖如圖１．１所示，我國鎂產量呈逐年遞增??的趨勢，占世界鎂產量的比例在８５％以上。??■中國冊萬噸丄世界鮮細?＾＿－??２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６??圖１．１?２０１１年至２０１６年鎂產量圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｆｒｏｍ?２０１１?ｔｏ?２０１６??ｌ??

原子周圍的波函數的狀態如圖２．１所量可以用平坦的贗勢來代替真實勢。在ｒ＞ｒｃ在的波函數）與真實的波函數保持一致，而零點的方向越來越平坦。贗波函數也有相同，從理論上可以對其進行嚴格的證實。??

２．５鎂蒸氣冷凝時的理論基礎??２．５．１鎂蒸氣冷凝時的熱力學??如圖２．２所示，用單元系相平衡圖［９５］來分析鎂蒸氣冷凝的過程。??｜?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三條線將整個平衡圖其分割成三部分，??線０Ａ與ＯＣ包圍的ｓ區域屬于固相區域；在線０Ｂ和ＯＣ包圍的１區屬于液相區域；在??線ＡＯ和ＯＢ線包圍的ｇ區屬于氣相區域。在氣相區ｇ區內，單一的氣相氣體處在非??飽和的狀態，不會冷凝成液相或固相。在０點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。兩項共存的??三條線相交于三相點０，在此點處氣液固三相共存。??在實驗開始進行時氣相的鎂蒸氣處在非飽和狀態，此時氣體的壓強和溫度都??處于圖２．２中的氣相區域ｇ區內。鎂蒸氣到達冷凝器時，由于溫度降低從而由非飽??１９??
【參考文獻】

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1 王朝輝;賈林;杜文博;;鎂合金材料在機器人輕量化上的應用淺析[J];新材料產業;2016年07期

2 Wei-dong Xie;Jie Chen;Hao Wang;Xi Zhang;Xiao-dong Peng;Yan Yang;;Kinetics of magnesium preparation by vacuum-assisted carbothermic reduction method[J];Rare Metals;2016年02期

3 張耀丹;;鎂合金在汽車上的應用及發展前景[J];汽車實用技術;2015年09期

4 李圣船;;新常態應用記憶2014之 鎂——東方既白,鎂立晨曦[J];中國金屬通報;2015年02期

5 楊成博;田陽;曲濤;王昱超;徐寶強;戴永年;;真空碳熱還原煅白制取金屬鎂的冷凝實驗研究[J];真空科學與技術學報;2013年10期

6 田陽;楊斌;劉紅湘;楊成博;曲濤;戴永年;彭鵬;;氧化鎂在真空碳熱還原法煉鎂過程中行為研究[J];真空科學與技術學報;2013年09期

7 董春明;;鎂應用:新機遇與新市場[J];世界有色金屬;2013年06期

8 鮑榮華;郭娟;許容;王春芳;;中國菱鎂礦開發居世界重要地位[J];國土資源情報;2012年12期

9 曹占芳;鐘宏;閆升;劉廣義;王帥;;貴州白云石礦制備氧化鎂工藝[J];輕金屬;2012年05期

10 田陽;劉紅湘;楊斌;曲濤;戴永年;彭鵬;;氧化鎂真空碳熱還原法煉鎂的工藝研究[J];真空科學與技術學報;2012年04期

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1 李志華;真空中煤還原氧化鎂的研究[D];昆明理工大學;2004年

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1 賓光勇;真空碳熱還原煉鎂工藝中鎂蒸氣冷凝收集實驗研究[D];重慶大學;2015年

2 陳小華;碳熱還原氧化鎂及其催化研究[D];重慶大學;2012年

3 李志華;氧化鎂真空碳熱還原反應實驗研究[D];昆明理工大學;2002年

4 趙增昆;氧化鎂真空炭熱還原物料制備研究[D];昆明理工大學;2002年

本文編號：2890822