氧化还原熔炼反应河北工业大学

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1、6氧化物还原熔炼反应河北工业大学王宝奇高炉冶炼过程的主要反应还原熔炼反应：氧化物的还原，为吸热反应燃烧反应：提供热量氧化还原反应存在电子的得失，一种物质被氧化，同时另一种物质被还原。高炉冶炼的目的将氧化物还原得到粗金属或合金。高炉得到的产品是生铁——以铁元素为溶剂的多组元熔体（C、Si、Mn、P、S五大元素）。高炉内还原反应的种类间接还原——高炉上部以CO和H2为还原剂的还原反应；直接还原——高炉下部以C为还原剂的还原反应。6.1氧化物还原的热力学条件（1）氧化物MO2和MeO2的生成反应如下：1）利用氧势图分析氧化物还原的热力学条件（2）6.1氧化物还原的热力学

2、条件1）利用氧势图分析氧化物还原的热力学条件(1)-(2)可得：（3）若，即，M(S)还原MeO2(s)。6.1氧化物还原的热力学条件1）利用氧势图分析氧化物还原的热力学条件若，即，Me(S)还原MO2(s)。(1)若，即，M(S)还原MeO2(s)。6.1氧化物还原的热力学条件1）利用氧势图分析氧化物还原的热力学条件(2)若，即，Me(S)还原MO2(s)。(3)若，即，反应达到平衡，两条氧势线相交。6.1氧化物还原的热力学条件1）利用氧势图分析氧化物还原的热力学条件要还原MO2(s)，需要从其氧势线下面找到对应的元素，当然实际生产还要考虑选择还原剂的成本，以及

3、产量（还原的程度，利用K3θ计算）。还原剂的选择直接还原：固体碳间接还原：CO、H2金属热还原：金属Si、Al等6.1氧化物还原的热力学条件2）非标态下氧化物还原的热力学条件前面讨论的还原反应的热力学条件是标准状态下还原反应的热力学条件（反应物和生成物都是纯物质，活度为1）。在实际生产中，还原反应都是在非标准态下进行的，被还原的氧化物和还原出来的单质并非纯态，而是处于溶液或与其它化合物形成复杂化合物，因此需要讨论非标态下氧化物还原的热力学条件。非标态还原热力学的意义6.1氧化物还原的热力学条件2）非标态下氧化物还原的热力学条件当时可求反应的开始还原温度T开。提高反

4、应物M和MeO2的活度、降低产物MO2和Me的活度，可降低还原反应的温度T开，相反，则使得还原反应温度提高。6.1氧化物还原的热力学条件3）求开始还原温度的计算实例在100KPa下用固体碳还原纯SiO2(s)，获得的铁液中硅的活度为0.1（质量1%溶液为标准态），试计算SiO2(s)的还原开始温度。例题【P283】解：CO和SiO2的生成反应为：（1）（2）6.1氧化物还原的热力学条件3）求开始还原温度的计算实例（1）（2）(1)-(2)可得：（3）时，T开=1444K6.1氧化物还原的热力学条件3）求开始还原温度的计算实例时，T开=1444KSiO2被C还原形成

5、纯Si时，a[Si]=1，此时：T开=1515KC还原SiO2后生成纯硅时，T开=1515K，生成溶解于铁液中Si的活度为0.1时，T开=1444K；温度降低了71K。6.1氧化物还原的热力学条件3）求开始还原温度的计算实例aSi活度降低利于反应向右进行，促进碳还原反应的进行。当然如果反应物SiO2不是纯物质，而是熔渣成分，我们也要考虑SiO2的活度（提高SiO2活度利于SiO2的还原）。6.2氧化物的间接还原反应对间接还原的认识1）间接还原反应是H2和CO作为还原剂的还原反应2）H2和CO作为还原剂实际上都间接消耗了碳6.2氧化物的间接还原反应6.2.1金属氧化

6、物间接还原反应热力学6.2.1.1间接还原平衡常数KθCO和H2的还原热力学原理一样，下面以CO为例介绍间接还原反应热力学规律（1）（2）((1)-(2))/2可得：（3）6.2氧化物的间接还原反应6.2.1金属氧化物间接还原反应热力学6.2.1.1间接还原平衡常数Kθ利用氧势图的碳标尺可求解Kθ。（3）6.2氧化物的间接还原反应6.2.1金属氧化物间接还原反应热力学6.2.1.2气相平衡成分与温度的关系（φCO—T关系式）1）利用相律判断φCO是温度T的单值函数自由度：式中：独立组分数C等于元素数(M、O、C)；相数为M(s)、MO(s)和气相。但Δn=0，P对

7、反应无影响，则φco=f(T)6.2氧化物的间接还原反应6.2.1金属氧化物间接还原反应热力学6.2.1.2气相平衡成分与温度的关系（φCO—T关系式）φCO是温度T的单值函数2）利用平衡常数判断反应(3)达到平衡时，存在气相CO和CO2：（3）6.2氧化物的间接还原反应6.2.1金属氧化物间接还原反应热力学6.2.1.2气相平衡成分与温度的关系（φCO—T关系式）φCO是温度T的单值函数2）利用平衡常数判断6.2氧化物的间接还原反应6.2.1金属氧化物间接还原反应热力学6.2.1.3CO还原MO的平衡图（φCO—T关系图）平衡时φCO随温度的变化曲线。6.2氧化

8、物的间接还