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皮江法

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皮江法所得蒸氣經冷凝後所得固態金屬鎂

皮江法(英語:Pidgeon process)是一種冶鍊金屬的方法。原理為通過還原氧化鎂的矽熱反應,由加拿大化學家勞埃德·蒙哥馬利·皮江於1940年代初發明。皮江法的能耗約為35–40 MWh/噸鎂,遠大於熔融電解法的7 MWh/噸鎂,但由於所需原料白雲石易得,操作簡單等原因,中國大部分煉鎂企業使用皮江法[1]

原理

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皮江法所用的基本化學原理為使用還原氧化鎂生成二氧化矽單質。

Si(s) + 2 MgO(s) → SiO2(s) + 2 Mg(g)

雖然根據埃林漢姆圖,這一還原反應在熱力學上是不利的,但根據勒夏特列原理,將生成的鎂蒸氣蒸出體系,可降低生成物濃度,使平衡右移。常壓下,鎂的沸點是1090 °C,真空環境下更低,所以常在真空環境下使用皮江法煉鎂。常用的還原劑為矽鐵合金,其中所含的矽作為反應的還原劑,鐵不參與反應。皮江法所用的氧化鎂有多種來源。比如可以通過煅燒菱鎂礦獲得,或將海水或湖水中的氯化鎂轉化成氫氧化鎂,之後煅燒。至今,最為常用的原料為白雲石,其中的煅燒生成的氧化鈣可以與生成的SiO2結合為矽酸鈣,減少逆反應的發生[2]。。

(Ca,Mg)CO3 (s) → CaO.MgO(s)+ CO2(g) (煅燒白雲石)
(Fe,Si)(s) + 2 MgO(s) ↔ Fe(s) + SiO2(s) + 2 Mg(g)
CaO + SiO2 → CaSiO3

皮江法可實現批量生產,現將煅燒後的粉末狀白雲石與矽鐵混合,製成團料,然後置於合金熔爐中。採用煤或電作為熱源,通過水冷將蒸出的鎂蒸汽液化,經過精煉後製成鎂錠。

參考文獻

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  1. ^ 高峰, 聶祚仁, 王志宏,等. 中国皮江法炼镁的资源消耗和环境影响分析. 中國有色金屬學報: 1456-1461. 
  2. ^ 劉金平, 楊雪春, 謝水生,等. 皮江法炼镁技术的缺陷及改进途径. 冶金能源: 21-23. 

外在連結

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