铁的氧化物的还原.ppt

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1、3.1氧化物还原3.1.1氧化物还原的一般原理冶金还原反应就是用还原剂夺取金属氧化物中的氧，使之还原成为金属单质或其低价氧化物的过程。对金属氧化物的还原反应可按下面通式表示：式中：MeO、Me——分别表示金属氧化物和由金属氧化物还原得到的金属；B、BO——分别表示还原剂和还原及夺取金属氧化物中的氧而被氧化得到的产物。3.1.1氧化物还原的一般原理这是一个兼有还原和氧化的综合反应。对金属氧化物而言被还原为金属，而对还原剂则是被氧化。哪些物质可以充当还原剂夺取金属氧化物中的氧，决定于它们与氧的亲和力。凡是与氧亲和力比金属元素Me的亲和力大的物质，都可

2、以做为该金属氧化物的还原剂。还原剂与氧的亲和力越大，夺取氧的能力越强，还原能力越强。3.1高炉内还原过程3.2.1铁的氧化物及其特征Fe2O3六方晶系，含氧量30.06%Fe3O4立方晶系，含氧量27.64%在较低温度下极易还原Fe2O3Fe3O4，体积膨胀FexO(浮氏体)立方晶系，x=0.87~0.95，（含氧量23.17~24.77%）为方便起见，常简写为FeO低温下，FexO不能稳定存在，温度570℃时，分解Fe3O4+Fe3.1高炉内还原过程铁氧化物还原的热力学热力学解决的问题(1)在高炉冶炼过程中还原反应能否进行

3、G(2)反应进行的程度，即还原的数量K(3)反应所消耗的能量H1、还原的顺序性570℃Fe2O3Fe3O4Fe570℃Fe2O3Fe3O4FexOFe570℃FexOFe3O4+Fe分析：（1）氧化物的氧势线越低，该氧化物越稳定。因此在标准状态下，氧势线在下的氧化物的对应元素可以还原氧势线位置在上的氧化物。（2）如果二氧势线在某温度下相交，在该温度下，对应的两个氧化物的稳定性相同，也可以说两种氧化反应同处平衡状态。此温度称为转化温度。（3）由碳和氧生成CO反应的氧势线向右下方倾斜，而绝大多数氧化物的氧势线却向右上方倾

4、斜。二者必然相交，交点所对应的温度就是碳还原该氧化物的温度，这就是用碳还原法生产金属的基本原理。可以看出，只要温度足够高，从理论上讲，碳可以还原所有的金属氧化物。应用：（1）能粗略地得出给定温度下的G。（2）表明了各种氧化物在给定温度下的稳定性顺序。（3）选择氧化物的还原剂。（4）氧势图配合PO2专用标尺可用来直接量出各MeO在给定温度下的离解压PO2，或量出在给定外压下PO2下的离解温度。（5）氧势图配合Pco/Pco2或PH2/PH2O专用标尺可用来直接量出各MeO在给定温度下，用CO或H2还原的气相平衡分压比，或量出在给定气相分压比条件下

5、的还原温度。●在CO的氧势线以上的区域：元素的氧化物可以被C还原●在CO的氧势线以下的区域：元素的氧化物不可以被C还原●中间区域：当温度＞交点温度时，元素C被氧化，当温度＜交点温度时，其它元素被氧化，铁的氧化物的还原分为三类2.各种铁氧化物还原的热力学用CO、H2还原的还原反应(间接还原)：CO：(1)3Fe2O3+CO=====2Fe3O4+CO2+Q(2)Fe3O4+CO=====3FeO+CO2Q(3)FeO+CO=====Fe+CO2+Q(4)1/4Fe3O4+CO====3/4Fe+CO2+QH2：(1’)3Fe2O3+H2====

6、=2Fe3O4+H2O+Q(2’)Fe3O4+H2=====3FeO+H2OQ(3’)FeO+H2=====Fe+H2OQ(4’)1/4Fe3O4+H2=====3/4Fe+H2OQ∵%CO2+%CO=100∴平衡常数Kp=%CO2%COK’p=%H2O%H2又Kp=f(t)K’p=f’(t)即平衡常数为温度的函数将Kp和K’p与温度的关系式代入，求得各反应不同温度下的平衡浓度%CO和%H2，作图得到“叉子曲线”(书中图33)。CO还原铁氧化物的平衡三相成分与温度关系图(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Fe2O3叉子曲线分析“

7、叉子”曲线对CO还原，除Fe3O4FeO曲线向下斜（为吸热反应）之外，其余均为向上斜（为放热反应）；对H2还原，全部曲线向下斜，均为吸热反应。在低于810℃时，CO的还原能力H2的还原能力在高于810℃时，H2的还原能力CO的还原能力由水煤气置换反应得以解释：CO+H2O=CO2+H2G=30460+28.137TJ/mollgKp=1591T1.470当810℃时，G0，反应向左进行H2夺氧能力强于CO当810℃时，G0，反应向右进行CO夺氧能力强于H2对CO还原，FeOFe线位置最高，故FeOF

8、e最难还原对H2还原，Fe3O4Fe线位置最高，故Fe3O4Fe最难还原理论上，570℃以下也可还原出金属Fe，实际上动力学条件差，