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菱镁矿是一种镁的碳酸盐矿物,其轻烧生产的活性氧化镁主要应用于耐火材料,还广泛应用于建筑材料、化学、造纸、航空航天、汽车和环境保护等领域。几十年来,工业化的菱镁矿制备活性氧化镁一直沿用落后的“反射炉”技术,存在能耗高、煅烧时间长(长达12小时)、产品活性低、材料适应性差(仅用于大块菱镁矿)等问题。为此,我们开发了以菱镁矿粉为原料的输送床闪速轻烧新技术以期解决上述问题。为了实现菱镁矿粉闪速轻烧技术的工业开发,研究菱镁矿轻烧反应特性及动力学是其技术研发的基础,具有重要意义。本文首先采用热重分析仪(TGA)和微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了粒径对菱镁矿粉分解及反应动力学的影响。之后对比研究了氮气(N2)和空气(Air)气氛中的煅烧反应特性及动力学,与MFBRA得到的活化能相比,通过TGA获得的活化能较高,这与TGA中的反应受气氛抑制有关,即菱镁矿在TGA坩埚内分解产生的CO2不能及时随气流排出,抑制了轻烧反应的进行,而MFBRA可有效降低外扩散对反应的影响。针对这一现象,本文又利用TGA研究了 CO2、30%CO2+70%N2、30%CO2+60%N2+10%O2三种气氛对菱镁矿分解反应动力学的影响,证明了 TGA中菱镁矿粉的分解受反应气氛抑制,证明了在流化床方面,MFBRA测试结果具有更高的准确性,为有气体生成的煅烧或分解反应(如菱镁矿轻烧)提供了可靠的反应测试方法和仪器。研究结果如下:1.MFBRA测定粒径为75-150μm的菱镁矿粉分解的表观活化能(124.67kJ/mol)和指前因子(105 s-1)高于粒径为45-75μm的结果(113.92kJ/mol,105 s-1)。相似地,在TGA中菱镁矿粒径为75-150μm得到活化能(186.42kJ/mol,1012S-1)和指前因子高于45-75μm得到结果(169.85kJ/mol,1012s-1),两种仪器测试的反应均遵循成核与生长控制模型G(x)=-ln(l-x),表明随着粒径的增加,菱镁矿粉分解的温度提高,表观活化能增加,这是因为随着粒径的增加,菱镁矿分解产生的CO2从其内部扩散排出的阻力增加,使其排出较慢,活化能提高。2.菱镁矿在氮气和空气中测得的表观活化能相似,说明空气中的氧气对菱镁矿的煅烧没有影响。MFBRA中菱镁矿粉在800℃以上完全分解的时间只有短短数秒,显著少于在TGA中完全分解的时间。MFBRA测定菱镁矿在空气和氮气气氛中分解的表观活化能(～125kJ/mol)和指前因子(105 s-1)显著低于TGA所得结果(～200kJ/mol,1015 s-1)。但两种仪器测试的反应均遵循成核与生长控制模型G(x)=-ln(l-x)。3.在30%CO2+70%N2和30%CO2+60%N2+10%O2气氛中测得的菱镁矿分解的表观活化能和指前因子结果相当,约400kJ/mol、1017S-1,进一步说明了氧气对菱镁矿的煅烧没有影响;在CO2气氛中菱镁矿煅烧的表观活化能和指前因子分别为474.44kJ/mol、1020 s-1,在含CO2的气氛中测得的菱镁矿粉热分解动力学数据均显著高于在空气和氮气中的结果(～200kJ/mol,1015 s-1),表明CO2严重抑制了反应的进行,CO2浓度越高,表观活化能和指前因子越高,菱镁矿粉的完全分解时间越长。