第五章还原过程概述一、研究还原过程意义金属元素在自

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1、第五章还原过程概述一、研究还原过程的意义金属元素在自然界很少以单质形态存在有色金属矿物大多数是硫化物或氧化物炼铁所用矿物及很多冶金中间产品主要是氧化物形态钛、锆、铪等金属的冶金中间产品为氯化物还原反应在从这些矿物提取金属的过程中起着重要作用还原过程实例：高炉炼铁、锡冶金、铅冶金、火法炼锌、钨冶金、钛冶金二、还原过程分类气体还原剂还原用CO或H2作还原剂还原金属氧化物。固体碳还原用固体碳作还原剂还原金属氧化物。金属热还原用位于△Gθ－T图下方的曲线所表示的金属作还原剂，还原位于△Gθ－T图上方曲线所表示的金属氧化物（氯化物、氟化物）以制取金属。真空还原在真空条件下进行的还原过程。三、

2、还原剂的选择1、对还原剂X的基本要求X对A的亲和势大于Me对A的亲和势。对于氧化物——在氧势图上线应位于线之下；XO的分解压应小于MeO的分解压。还原产物XA易与产出的金属分离；还原剂不污染产品——不与金属产物形成合金或化合物价廉易得碳是MeO的良好还原剂。2、碳还原剂的主要特点①碳对氧的亲和势大，且随着温度升高而增加，能还原绝大多数金属氧化物。②反应生成物为气体，容易与产品Me分离。③价廉易得。④碳易与许多金属形成碳化物。3、氢还原剂在标准状态下，H2可将Cu2O、PbO、NiO、CoO等还原成金属。在较大的下，H2可将WO3、MoO3、FeO等还原成金属。在适当的下，氢可还原钨

3、、钼、铌、钽等的氯化物。4、金属还原剂铝、钙、镁等活性金属可作为绝大部分氧化物的还原剂。钠、钙、镁是氯化物体系最强的还原剂。5.1燃烧反应火法冶金常用的燃料：1.固体燃料煤和焦碳，其可燃成分为C2.气体燃料煤气和天然气，其可燃成分主要为CO和H23.液体燃料重油等，其可燃成分主要为CO和H2一、碳-氧系燃烧反应的热力学1、碳-氧系燃烧反应碳–氧系的主要反应碳的气化反应在高温下向正方向进行——布多尔反应；低温下反应向逆方向进行——歧化反应（或碳素沉积反应）。煤气燃烧反应：△Gθ随着温度升高而增大，高温下CO氧化不完全。碳的完全燃烧反应：△Gθ<<0碳的不完全燃烧反应：△Gθ<<02、

4、C-O系优势区图在影响反应平衡的变量（温度、总压、气相组成）中，有两个是独立变量。碳汽化反应为吸热反应，随着温度升高，其平衡常数增大，有利于反应向生成CO的方向迁移。在总压P总一定的条件下，气相CO%增加。在C-O系优势区图中，平衡曲线将坐标平面划分为二个区域：Ⅰ——CO部分分解区（即碳的稳定区）Ⅱ——碳的气化区（即CO稳定区）。t<400℃时，%CO≈0反应基本上不能进行；随着温度升高，%CO变化不明显。t=400~1000℃时随着温度升高，%CO明显增大。t>1000℃时，%CO≈100反应进行得很完全。在高温下，有碳存在时，气相中几乎全部为CO。结论1.碳的高价氧化物（CO2

5、）和低价氧化物（CO）的稳定性随温度而变。2.温度升高，CO稳定性增大，而CO2稳定性减小。在高温下，CO2能与碳反应生成CO，而在低温下，CO会发生歧化，生成CO2和沉积碳。在高温下并有过剩碳存在时，燃烧的唯一产物是CO。存在过剩氧，燃烧产物将取决于温度；温度愈高，愈有利于CO的生成。二、氢-氧系燃烧反应的热力学在通常的冶炼温度范围内，氢的燃烧反应进行得十分完全，平衡时氧的分压可忽略不计。氢燃烧反应的△rGθ-T线与CO燃烧反应的△rGθ-T线相交于一点，交点温度：-503921+117.36T=-564840+173.64TT=1083K温度高于1083K，H2对氧的亲和势大于

6、CO对氧的亲和势→H2的还原能力大于CO的还原能力。温度低于1083K，则相反。三、燃烧反应气相平衡成分计算多组份同时平衡气相成分计算的一般途径1、平衡组分的分压之和等于总压，即ΣPi=P总。2、根据同时平衡原理，各组分都处于平衡状态。3、根据反应的平衡方程式和平衡常数建立相应的方程式。4、根据物料平衡，反应前后物质的摩尔数及摩尔数之比不变。5.2金属氧化物的碳还原与氢还原5.21简单金属氧化物的CO还原一、金属氧化物CO还原反应热力学金属氧化物的CO还原反应：MeO+CO=Me+CO2对于大多数金属（Fe、Cu、Pb、Ni、Co），在还原温度下MeO和Me均为凝聚态，系统的自由度

7、为：f=c–p+2=3–3+2=2忽略总压力对反应的影响，系统的平衡状态可用%CO-T曲线描述。二、铁氧化物的CO还原铁氧化物的还原是逐级进行的当温度高于843K时，分三阶段完成：Fe2O3—>Fe3O4—>FeO—>Fe温度低于843K时，FeO不能存在，还原分两阶段完成：Fe2O3—>Fe3O4—>Fe用CO还原铁氧化物的反应：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2（1）Fe3O4+CO=3FeO+CO2（2）FeO+CO=Fe+CO2（3）1/4Fe3O4+C