冶金原理第六章ppt课件.ppt

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1、6氧化物还原熔炼反应火法冶金过程中一般采用还原方法从氧化物矿石中提取金属。按照工业上采用的还原剂种类不同，可将还原过程分为三类：用可燃气体作还原剂的间接还原法：CO、H2；用固体碳作还原剂的直接还原法：C；用金属作还原剂的金属热还原法：Al、Si等。铁的还原熔炼一般在高炉内进行，采用焦炭作还原剂。除矿石中的主要金属铁被大量还原出来外，脉石及灰分中某些氧化物如SiO2、MnO等也可能部分还原。同时，为获得成分合格的粗金属，需去除一定量杂质如硫等。由于采用碳作还原剂，还原的金属还会进行渗碳。本章主要讨论这些有

2、关反应。6.1氧化物还原热力学条件对于金属M（s）的还原反应（金属热还原法）：MO（s）＋B（s）＝M（s）＋BO（s）G可看作由下述两反应组合而成：2B（s）＋O2＝2BO（s）G10＝（平衡氧压）＝2M（s）＋O2＝2MO（s）G20＝（平衡氧压）＝参加反应的物质均为纯凝聚态物质，活度为1。1)可依据标准吉布斯能判断热力学条件：2)也可依据氧势图判断：即也可比较平衡氧分压相对大小，B还原MO中的M。氧势图中直线位置：下方小，上方大：下方元素可还原上方氧化物；两氧势线相交温度，对应氧化－还原的转

3、化温度。求法：3)还原反应热效应：，它决定温度对平衡移动的影响。当还原反应在溶液中进行时，在非标准态条件下，利用等温方程式确定还原反应热力学条件：（MO）＋[B]＝[M]＋(BO)G提高反应物活度，降低产物活度，可使还原的开始温度下降；如果产物M或BO为气态，则降低体系压力（如抽真空），开始温度也会下降。例题：P2836.2氧化物的间接还原1）间接还原：气体CO或H2作还原剂，还原产物也有气体CO2或H2O。MO（s）＋CO＝M（s）＋CO2G据此，可作图曲线。MO（s）＋CO＝M（s）＋CO2

4、G＝H－TS(3)曲线在图中的位置：与K的大小有关。K<<1，100％，曲线接近图中上横轴：难还原氧化物，如MnO，SiO2等；K>>1，<<1％，曲线接近图中下横轴：易还原氧化物，如Fe2O3，NiO等；K1，50％，曲线接近图中中部：介于前两者之间，如FeO，Fe3O4等。总之：氧化物的生成G越小，稳定性越大；还原反应的K越小，而其高，即还原剂的最低消耗量越大。上述反应是在CO不发生分解或无固体碳存在的条件下实现的。氢对氧化物还原规律与上述原理相似。2）CO还原铁氧化物平衡图（CO

5、一般为还原剂，在某些条件下也可能为氧化剂）铁氧化物分解遵循逐级转变。同样，铁氧化物还原也遵循逐级还原规律。t>570C：①Fe2O3（s）＋CO＝2Fe3O4（s）＋CO2G＝－52131－41.0T②Fe3O4（s）＋CO＝3FeO（s）＋CO2G＝35380－40.16T③FeO（s）＋CO＝Fe（s）＋CO2G＝－22800＋24.26Tt<570C：①Fe2O3（s）＋CO＝2Fe3O4（s）＋CO2G＝－52131－41.0T④Fe3O4（s）＋CO＝Fe（s）＋CO2G

6、＝－9832＋8.58T由于G＝－RTlnKK＝CO2/CO则可作图：即CO还原铁氧化物平衡图(1)稳定区：平衡曲线线以上：G<0线上：G＝0线以下：G>0(2)曲线走向：与符号有关。吸热反应，曲线下斜；放热反应，曲线上斜。(3)曲线在图中的位置：与K的大小有关。①，易，实际不可逆；②，④，适中；③，难反应②，③，④三曲线相交于570C，＝52.2%。t>570C：①Fe2O3（s）＋CO＝2Fe3O4（s）＋CO2G＝－52131－41.0T②Fe3O4（s）＋CO＝3FeO（s）

7、＋CO2G＝35380－40.16T③FeO（s）＋CO＝Fe（s）＋CO2G＝－22800＋24.26Tt<570C：①Fe2O3（s）＋CO＝2Fe3O4（s）＋CO2G＝－52131－41.0T④Fe3O4（s）＋CO＝Fe（s）＋CO2G＝－9832＋8.58T3）H2还原铁氧化物平衡图类似于CO：⑤3Fe2O3（s）＋H2＝2Fe3O4（s）＋H2OG＝⑥Fe3O4（s）＋H2＝3FeO（s）＋H2OG＝⑦FeO（s）＋H2＝Fe（s）＋H2OG＝⑧Fe3O4（s）

8、＋H2＝Fe（s）＋H2OG＝稳定区：曲线走向：全部吸热下斜H2、CO还原能力比较：818C以上：H2还原能力大于CO；818C以下：H2还原能力小于CO；818C时：H2还原能力等于CO。4）还原剂的过剩系数及利用率对于铁氧化物中最难的还原反应：FeO（s）＋CO＝Fe（s）＋CO2考虑过剩：FeO（s）＋nCO＝Fe（s）＋CO2＋（n－1）COn－还原的过剩系数。在平衡条件下，还原1molFeO需要消耗的CO的