金屬鎂是近幾十年才發(fā)展起來的新型輕質(zhì)耐腐蝕金屬材料，鎂在許多領(lǐng)域都獲得了廣泛應(yīng)用，成為重要的資源。我國云南元江紅土鎳礦含鎂高，儲量豐富，其MgO 含量為28%，而鎳平均含量0.83%，但在近年來的研究開發(fā)中，僅專注于金屬鎳的回收，而對礦中經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為金屬鎳價(jià)值2 倍的金屬鎂，卻在火法冶煉中，常被配入的CaO 造渣降熔點(diǎn)而除去。這樣，不僅浪費(fèi)了資源，也給環(huán)境帶來較大負(fù)擔(dān)。如何實(shí)現(xiàn)從這種紅土鎳礦中提取出金屬鎂，顯然具有節(jié)能環(huán)保的重要意義。為此，云南錫業(yè)有限公司研究設(shè)計(jì)院，在分析了紅土鎳礦的原料成分的基礎(chǔ)上，開展了用碳熱還原法從紅土鎳礦中提取金屬鎂的熱力學(xué)研究，取得了一些值得注意的成果。
經(jīng)分析，云南元江紅土鎳礦成分如下（wt%）：Ni：0.8～1.0，Co：0.04～0.08；Fe：12，MgO：28，SiO2：35，CaO：＜0. 5，Al2O3：3，H2O：10.0～20.0。該研究院對紅土鎳礦的處理過程如下：對紅土鎳礦在1023K 進(jìn)行恒溫60 min 焙燒預(yù)處理→將其與一定量的還原劑煤及添加劑混勻→在制球機(jī)壓力約為4MPa 下制備球團(tuán)→將球團(tuán)置于內(nèi)熱式反應(yīng)器內(nèi)，在真空壓力約為10 ～ 20Pa，溫度為1473 K～1523K 下反應(yīng)90min→在冷凝區(qū)域得到金屬產(chǎn)物。對所得冷凝物進(jìn)行檢測分析，結(jié)果顯示，該冷凝物含金屬鎂的平均含量達(dá)98.5% 以上，此外還含少量氧及硅。據(jù)此可知，用熱還原法從紅土鎳礦中提取金屬鎂是可行的。
研究表明，碳熱還原提取金屬鎂過程主要由Mg2SiO4、Fe2O3、MgSiO3、MgFe2O4及少量NiO 等參與反應(yīng)。熱力學(xué)分析表明，常壓下Mg2SiO4與MgSiO3碳熱還原生成金屬鎂蒸汽與SiO 氣體的溫度均在2173K 以上，而Mg2SiO4與MgSiO3碳熱還原生成金屬鎂蒸汽與SiC 的溫度卻在2073K 左右，因此，鎂硅氧化合物碳熱還原過程提取金屬鎂優(yōu)先于生成SiC 的反應(yīng)。在真空壓力為10Pa 的條件下，各反應(yīng)初始溫度均顯著降低。Mg2SiO4與MgSiO3碳熱還原生成金屬鎂蒸汽與SiO 氣體的溫度均在1423K 以上，而Mg2SiO4與MgSiO3碳熱還原生成金屬鎂蒸汽與SiC 的溫度卻在1323K 左右。