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针对Kroll法冶炼海绵钛流程中氯化镁电解设备投资大、能耗高,我国75%海绵钛产能采用直接外购TiC14,还原蒸馏产生的氯化镁作为废料低价出售的现状,本课题提出“原位热解—热法还原炼镁”海绵钛清洁生产新工艺,即还原蒸馏产生的熔融态氯化镁直接氧化热解制备氧化镁及氯气,氧化镁经热法炼镁返回TiCl4还原、氯气返回沸腾氯化,实现海绵钛生产中新的镁、氯循环。本文重点围绕对气态氯化镁与氧气的热解反应,通过研究反应的热力学、设计反应器、研究不同反应条件下的产物性质和对反应动力学的研究,对氯化镁热解反应过程的机理进行实验与研究,同时对反应产物氧化镁的性质进行各种不同形式的表征。得到的结论如下:(1)在设计的1200K到1700K的反应温度区间内,热解反应的标准吉布斯自由能变为负值,反应是可以发生的;热解反应的焓变随反应温度的升高而降低,当温度高于987K时由于氯化镁出现相变而导致了反应焓变的大幅度的下降,反应由吸热过程转为放热过程;通过对饱和蒸汽压的计算,温度从1073K升高到1673K,饱和蒸汽压p从0.20变为92.64,这说明在氯化镁的沸点以下即可以发生氯化镁气体和氧气的气相热解反应。(2)设计反应器为卧式,通氧气管伸入到氯化镁蒸发坩埚的后部,氯化镁蒸发气体通过氩气携带保护,尾部加装稀释器装置。主反应器的材质选择石英,坩埚选用刚玉坩埚,设计的尺寸为:长管的管长为1600mm,外径为60mm,壁厚为3mm,在长管一端加装通气嘴,通气嘴长为50mm,直径为10mm,距离长管出口端100mm,套管长为800mm,直径为36mm。通过对稀释器装置进行数值模拟,得到装置内部的流场分布和颗粒分布情况。(3)在单因素实验的研究中,分别考察了反应温度,通气时间,通氧气量对反应的影响,单因素较优实验条件为:温度为1200℃,通气时间为30min,通氧气量为50L/h。产品中氧化镁含量高达98.27%,平均粒度为278nm,其综合指标优于工业优等品氧化镁。(4)通过采用三因子三水平正交实验方案来考察三个影响因子对氯化镁气相氧化热解反应产物收率的影响,影响该热解过程影响的主次顺序为反应温度>通气时间>通氧气量。反应温度对产物收率影响显著,通气时间和通氧气量对指标有一定影响。(5)拟合氯化镁的消耗量与时间的关系,得到氯化镁消耗速率,再通过拟合不同温度下的反应速率,得到氯化镁氧化热解反应的阿伦尼乌斯方程,为lnk=-12640.771931/T+9.76248,活化能为Ea=1051kJ.mol-1,指前因子为 A = 17369.65。