(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tổng hợp Mg kim loại từ nguyên liệu dolomit Thanh Hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ VIẾT QUYỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP Mg KIM LOẠI TỪ NGUYÊN LIỆU DOLOMIT THANH HÓA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC VŨ VIẾT QUYỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP Mg KIM LOẠI TỪ NGUYÊN LIỆU DOLOMIT THANH HÓA Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Đức Huy TS Dương Ngọc Bình Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Trần Đức Huy TS Dương Ngọc Bình Các số liệu kết luận án cơng bố báo xuất cộng Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo quy định TM Tập thể hướng dẫn Tác giả luận án PGS.TS Trần Đức Huy Vũ Viết Quyền i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn khoa học, PGS.TS Trần Đức Huy TS Dương Ngọc Bình hết lịng hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy cô giáo Bộ môn Vật liệu kim loại màu compozit thầy cô Viện Khoa học kỹ thuật Vật liệu – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi đóng góp nhiều ý kiến q báu giúp tơi hồn thành luận án Tôi xin cảm ơn thầy cô, đồng nghiệp Viện Cơ khí, trường Đại học Hàng hải Việt Nam tạo điều kiện thời gian, luôn ủng hộ động viên tinh thần trình nghiên cứu Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình người thân ln bên tơi, ủng hộ động viên giúp tơi vượt qua khó khăn để tâm hoàn thành luận án Tác giả Vũ Viết Quyền Vũ Viết Quyền ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan Mg nguồn nguyên liệu sản xuất 1.1.1 Mg ứng dụng Mg 1.1.2 Các nguyên liệu thô sản xuất Mg 1.2 Các phương pháp sản xuất Mg 1.2.1 Phương pháp điện phân 1.2.2 Phương pháp nhiệt hoàn nguyên 10 1.3 Tình hình nghiên cứu sản xuất Mg 19 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 19 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 30 1.4 Vấn đề tồn hướng nghiên cứu 31 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 33 2.1 Nhiệt động học phản ứng hoàn nguyên dolomit 33 2.1.1 Năng lượng tự Gibbs 33 2.1.2 Phương pháp tính tốn biến thiên lượng tự tiêu chuẩn Δ𝐆 34 2.1.3 Phương pháp xác định hệ số cân K 36 2.2 Động học phản ứng hoàn nguyên 37 2.2.1 Tốc độ phản ứng hoàn nguyên yếu tố ảnh hưởng 38 2.2.2 Phản ứng dị thể 40 2.2.3 Động học phản ứng khí – rắn 40 2.2.4 Động học phản ứng rắn – rắn 42 2.3 Tóm tắt chương 47 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 48 3.1 Quy trình thực nghiệm 48 3.2 Nguyên liệu thiết bị thí nghiệm 50 3.2.1 Nguyên liệu 50 iii 3.2.2 Thiết bị 50 3.3 Các phương pháp phân tích, kiểm tra 52 3.3.1 Tính tốn hiệu suất hồn ngun 52 3.3.2 Dữ liệu nhiệt động học 52 3.3.3 Nghiên cứu tổ chức tế vi 52 3.4.4 Phân tích thành phần hóa học mẫu 53 3.4.5 Phân tích thành phần pha 53 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 54 4.1 Tính tốn nhiệt động học phản ứng hoàn nguyên dolomit 54 4.1.1 Các phản ứng hoàn nguyên dolomit fero silic 54 4.1.2 Tính tốn nhiệt động học phản ứng hoàn nguyên dolomit với chất hoàn nguyên fero silic 59 4.2 Hoàn nguyên dolomit Thanh Hóa theo quy trình Pidgeon 67 4.2.1 Cơ chế phản ứng hoàn nguyên 67 4.2.2 Sự hình thành tạp chất oxit vùng kết tinh Mg 72 4.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ hoàn nguyên 76 4.2.4 Ảnh hưởng tỷ lệ chất hoàn nguyên fero silic phối liệu 79 4.2.5 Tối ưu thông số nhiệt độ tỷ lệ fero silic 83 4.2.6 Ảnh hưởng tỷ lệ CaO 85 4.2.7 Ảnh hưởng tỷ lệ chất trợ dung CaF2 phối liệu 86 4.2.8 Ảnh hưởng lực ép phối liệu 89 4.2.9 Quy trình sản xuất magie từ dolomit Thanh Hóa 92 4.3 Tính tốn động học phản ứng hồn ngun dolomit fero silic 94 4.3.1 Mơ hình động học 94 4.3.2 Kết tính tốn động học phản ứng hoàn nguyên 95 4.4 Hồn ngun dolomit Thanh Hóa quy trình kết hợp 105 4.4.1 Thiết lập quy trình kết hợp 105 4.4.2 Sản phẩm sau hồn ngun dolomit Thành Hóa quy trình kết hợp 113 4.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến khả hoàn nguyên 115 4.4.4 Đánh giá ưu nhược điểm quy trình kết hợp 119 4.5 Tóm tắt chương 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123 iv DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 PHỤ LỤC 136 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Hoạt độ chất i C Nồng độ chất CAg Nồng độ chất khí phản ứng D Hệ số khuếch tán d Đường kính phân tử DAB Hệ số khuếch tán khí A hỗn hợp khí A-B DAk Hệ số khuếch tán Knudsen chất A  Biến thiên lượng tự Gibbs phản ứng  Biến thiên entanpi phản ứng  Biên thiên entropy phản ứng EA Năng lượng hoạt hóa G Năng lượng tự Gibbs H Entanpi phản ứng  Phần trăm khối lượng Mg theo lý thuyết phối liệu trước phản ứng k Hệ số tốc độ phản ứng K Hệ số cân Ka Hệ số cân viết cho hoạt độ cấu tử rắn, lỏng KB Hằng số Boltzmann (1,38x10-23 J.K-1) kc Hệ số chuyển khối Kg Hệ số cân viết cho hệ số hoạt độ cấu tử khí kg Hằng số tốc độ chất khí Kn Hệ số cân viết cho số mol cấu tử khí Kp Hệ số cân viết cho áp suất riêng phần cấu tử khí m1 Khối lượng phối liệu trước phản ứng m2 Khối lượng phối liệu sau phản ứng mA Khối lượng phân tử NA Tốc độ chuyển khối đơn vị diện tích bề mặt  Số pi ( 3,14) pi Áp suất riêng phần chất i R Hằng số khí (8,314 kj/mol) rc Bán kính lõi phản ứng vi rp Bán kính lỗ rỗng hay khe hở hạt phản ứng S Entropy phản ứng T Nhiệt độ phản ứng Tbph Nhiệt độ xảy chuyển biến pha VP Thể tích mol sản phẩm phản ứng VR Thể tích mol chất phản ứng vT Vận tốc trung bình phân tử w1 Khối lượng Mg có phối liệu ban đầu w2 Khối lượng Mg kim loại thu vùng kết tinh w3 Khối lượng Mg tính theo cân hóa học X Phần magie phản ứng Z Khối lượng sản phẩm hình thành đơn vị khối lượng chất phản ứng thành phần phản ứng B Khối lượng riêng hạt  Khoảng cách nguyên tử vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần số nguyên liệu thơ Việt Nam dùng sản xuất Mg so với Magnesit Liêu Ninh, Trung Quốc Bảng 1.2 So sánh phương pháp điện phân nhiệt hoàn nguyên [11] 18 Bảng 1.3 Thành phần số nguyên liệu nghiên cứu sản xuất Mg 26 Bảng 1.4 So sánh liệu phương pháp cấp nhiệt truyền thống cấp nhiệt lazer [78] 28 Bảng 4.1 Thành phần hóa học chất hồn ngun fero silic 54 Bảng 4.2 Các phản ứng q trình hồn ngun 58 Bảng 4.3 Các phản ứng theo quan điểm rắn -lỏng 65 Bảng 4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ tỷ lệ fero silic đến hiệu suất hoàn nguyên 77 Bảng 4.5 Kết phân tích phương sai cho mơ hình đa thức bậc theo hiệu suất hồn nguyên đa thức bậc theo hiệu suất sử dụng silic 84 Bảng 4.6 Thành phần số nguồn nguyên liệu nghiên cứu hoàn nguyên 85 Bảng 4.7 Các kết thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ CaO/MgO 85 Bảng 4.8 Các kết thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ CaF2 87 Bảng 4.9 Các kết thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng lực ép 89 Bảng 4.10 Quy trình sản xuất Mg từ dolomit Thanh Hóa quy mơ thí nghiệm 92 Bảng 4.11 Các mơ hình động học cho phản ứng hỗn hợp dạng bột 94 Bảng 4.12 Các kết thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng thời gian nhiệt độ 95 Bảng 4.13 Hệ số xác định R2 mơ hình thực nghiệm 99 Bảng 4.14 Hệ số xác định R2 thực nghiệm với mơ hình khuếch tán 102 Bảng 4.15 Hệ số tốc độ k theo mô hình Jander nhiệt độ nghiên cứu 102 Bảng 4.16 Năng lượng hoạt hóa điều kiện thí nghiệm số nghiên cứu 103 Bảng 4.17 Thơng số hồn ngun quy trình Pidgeon truyền thống kết hợp 112 Bảng 4.18 So sánh hàm lượng Mg mẫu kim loại thu từ hai quy trình 114 Bảng 4.19 Ảnh hưởng nhiệt độ nung bước đến hiệu suất hoàn nguyên theo quy trình kết hợp 115 Bảng 4.20 So sánh thời gian thực điện tiêu thụ hai quy trình kết hợp truyền thống 120 Bảng 4.21 So sánh quy trình kết hợp, laser vi sóng với quy trình truyền thống 120 viii ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC VŨ VIẾT QUYỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP Mg KIM LOẠI TỪ NGUYÊN LIỆU DOLOMIT THANH HÓA Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:... CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan Mg nguồn nguyên liệu sản xuất 1.1.1 Mg ứng dụng Mg 1.1.2 Các nguyên liệu thô sản xuất Mg 1.2 Các phương pháp sản xuất Mg ... nhiệt hoàn nguyên 10 1.3 Tình hình nghiên cứu sản xuất Mg 19 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 19 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 30 1.4 Vấn đề tồn hướng nghiên cứu