第七章还原熔炼反应.ppt

7.1 概述 （1）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、铅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的作用 ★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 （2）还原过程分类 ★间接还原 ★直接还原 ★金属热还原 ★真空还原 用CO或H2作还原剂还原金属氧化物 用固体碳作还原剂还原金属氧化物。 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。 在真空条件下进行的还原过程 (3) 还原剂的选择 还原剂X还原 MeA，对还原剂 X的基本要求： （1）X对A的亲和势大于Me对A的亲和势。 若A为氧，氧势图中 MeO位于XO之上； XO的分解压应小于 MeO的分解压。 （2）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 。 （3） 价廉易得 碳是MeO的良好还原剂 。 7.2 氧化物还原的热力学 （1） 氧化物被还原的温度条件 氧化物(氧势图中氧化物的氧势线关系？) （2）参加反应的物质状态影响还原温度 如：溶解态或复杂氧化物的活度的影响； 气体参加反应的分压对还原的影响等。 例：100KPa下用固体碳还原纯SiO2获得硅 ①若反应为SiO2(S)+2C(石)=Si(S)+2CO(g) 从氧势图可查得T开=1515K ②若反应为SiO2(S)+2C(石)=[Si]+2CO(g) 铁液中硅的活度为0.1(质量1%溶液标准态) T开=1444K ③若反应为SiO2(S)+2C(石)=[Si]+2CO(g) 铁液中硅的活度为0.1(质量1%溶液标准态)，增加CO的分压，T开如何变化？ （3） 还原的两种情况： ① 恒能还原： N M T RTlnPO2 ② TT开 才能还原 T0 T RTlnPO2 （4） 氧化物的还原分为三类 ●在CO2（或H2O）的氧势线以上的氧化物均能为 CO（或H2）所还原。是易还原的氧化物，如： CuO、ZnO、PbO、CoO、Fe2O3、MnO2、V2O5 ●在CO的氧势线以上的氧化物均能为固体C还原， 但不一定能为CO（或H2）所还原，是中等还原 性的氧化物，如：Cr、V、Ni、Si的氧化物。 ●仅能在高温下为固体碳还原的氧化物，是难还原 的氧化物，如CaO、MgO、Al2O3。 氧势图 7.3 CO/H2还原氧化物 （1）一般热力学 （2） CO还原铁的各级氧化物的特点 ① 逐级还原（反应方程式） 对于反应（１）、（２）、（３）、（４）： ② 各反应平衡曲线的特点 例题 ●Fe2O3很容易被CO还原， 平衡曲线基本上与横坐标重和。 ●反应（１）（３）（４）曲线向上，放热反应 反应（２）曲线向下，吸热反应。 ●反应（２）（３）（４）交于O点，O点自由度为0。 （3） H2还原铁的各级氧化物的特点 ① 逐级还原 对于反应（１）’、（２）’、（３）’、（４）’： ② 各反应平衡曲线的特点 ●Fe2O3很容易被H2还原， 平衡曲线基本上与横坐标重和。 ●反应（２）’（３）’（４）’曲线向下，吸热反应 反应（１）’曲线向上，放热反应。 ●反应（２）’（３）’ （４）’相交于O’点， O’点自由度为0。 （4） 用H2、CO还原铁氧化物的比较 7.4 碳还原氧化物 （1） 固体碳还原氧化物的热力学 ●反应方程式 ●直接还原的两种组合方法 ●直接还原反应与间接还原反应的关系 当固体碳存在并过剩时，体系中C+CO2=2CO反应的平衡成分控制气相组成。即C+CO2=2CO是气相平衡成分的控制者。间接还原反应加上碳的气化反应就是直接还原反应。 （2） 固体碳直接还原铁的各级氧化物 ① 逐级还原反应方程式 对于反应（1）、（2）、（3）、（4）： ② 当固体碳存在时，对间接还原稳定区的影响 （3） 复杂铁氧化物的还原 用两个反应组合： ——————————————— （4） 其他氧化物的直接还原 ●直接还原出金属 ●生成碳化物 7.5 熔渣中氧化物的还原 （1） 熔渣中氧化物还原的类型 （2）元素在铁液与熔渣中的分配比 ●有[C]、CO恒定组分参加的还原反应。 ●没有[C]、CO恒定组分参加的两相间