有色金属冶金 教学课件 作者 王鸿雁 主编 冶金原理 第二次课还原过程.ppt

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1、第三章还原过程3.1概述3.2燃烧反应3.3金属氧化物的碳还原与氢还原3.4金属热还原3.5真空还原第九章还原过程13.1概述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……一、研究还原过程的意义9.1概述2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

2、氧化物。金属热还原用位于G－T图下方的曲线所表示的金属作还原剂，还原位于G－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二、还原过程分类9.1概述3三、还原反应进行的热力学条件金属化合物还原过程通式：MeA+X=Me+XA（反应9-1）MeA——待还原的原料（A=O、Cl、F等）；Me——还原产品（金属、合金等）；X——还原剂（C、CO、H2、Me）；XA——还原剂的化合物（CO、CO2、H2O、MeA）反应(9-1)的吉布斯自由能变化为：（式9-1

3、）9.1概述41、在标准状态下还原反应进行的热力学条件在标准状态下——◆当MeA、X、XA、Me为凝聚态时，均为稳定晶形的纯物质；◆当MeA、X、XA、Me为气态时，则其分压为P。◆反应9-1进行的热力学条件为：9.1概述5在标准状态下，在氧势图（或氯势图等）中位置低于MeA的元素才能作为还原剂将MeA还原。在标准状态下，MeA的分解压必须大于MeX的分解压，即：9.1概述62、在非标准状态下还原反应进行的热力学条件1）降低生成物活度aXA、aMe◆当生成物XA不是纯物质，而是处于某种溶液（熔体）中或形成另

4、一复杂化合物时，其活度小于1，对反应有利。加入熔剂使XA造渣有利于还原过程。◆当生成物XA或Me为气态时，降低生成物的分压，对还原反应有利。当在真空条件下生产金属铌时，则理论起始温度将大幅度降低。NbO(s)+Nb2C(s)=3Nb+CO(g)9.1概述7◆当生成物Me处于合金状态，其活度小于1，对还原反应有利。用碳还原SiO2时，当产物为单质硅时，起始温度为1934K；而当产物为45%Si的硅铁合金时，起始温度为1867K。2）降低反应物（MeA、X）的活度对还原反应不利◆当反应物MeA及还原剂X处于溶

5、液状态，或以复杂化合物形态存在时，不利于还原反应。◆当还原剂X为气体，其分压小于P时，不利于还原反应。9.1概述8四、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。9.1概述92、碳还原剂的主要特点◆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。◇Cu2O、Pb

6、O、NiO、CoO、SnO等在标准状态下，在不太高的温度下可被碳还原。◇FeO、ZnO、Cr2O3、MnO、SiO2等氧化物在标准状态下，在线与线交点温度以上可被碳还原。◇V2O5、Ta2O5、Nb2O5等难还原氧化物在标准状态下不能被碳还原；但在高温真空条件下可被碳还原。◇CaO等少数金属氧化物不能被碳还原。9.1概述10◆反应生成物为气体，容易与产品Me分离。◆价廉易得。◆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

7、、MoO3、FeO等还原成金属。◆在适当的下，氢可还原钨、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。113.2燃烧反应火法冶金常用的燃料固体燃料煤和焦碳，其可燃成分为C气体燃料煤气和天然气，其可燃成分主要为CO和H2液体燃料重油等，其可燃成分主要为CO和H29.2燃烧反应12火法冶金常用的还原剂固体还原剂煤、焦碳等，其有效成分为C；气体还原剂CO和H2等液体还原剂Mg、Na等C、CO、H2为冶金反应提供所需要的热能C、CO、H2

8、是金属氧化物的良好还原剂9.2燃烧反应13一、碳氧系燃烧反应的热力学1、碳氧系燃烧反应9.2燃烧反应149.2燃烧反应159.2燃烧反应169.2燃烧反应17●反应9-3、9-4、9-5在通常的冶炼温度范围内，反应的K值都很大，反应进行得十分完全，平衡时分压可忽略不计。如1000K时，其lgK值分别为：20.43、20.63和20.82。●布多尔反应为吸热反应，其他三个反应均为放热