氧化物还原熔炼反应的热力学

1、1氧化物还原的热力学条件氧化物还原的热力学条件氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应 氧化物的直接还原反应氧化物的直接还原反应 金属热还原反应金属热还原反应铁的渗碳及含碳量铁的渗碳及含碳量 熔渣中氧化物的还原反应熔渣中氧化物的还原反应 高炉冶炼的脱硫反应高炉冶炼的脱硫反应 铁浴熔融还原反应铁浴熔融还原反应 41235678213在在CO2（或（或H2O）的氧势线以上的氧化物均能为）的氧势线以上的氧化物均能为 CO（或（或H2）所还原。是易还原的氧化物，如：）所还原。是易还原的氧化物，如： CuO、ZnO、PbO、CoO、Fe2O3、MnO2、V2O5在在CO的氧势线以上的氧化物均能为固体的氧

2、势线以上的氧化物均能为固体C还原，还原， 但不一定能为但不一定能为CO（或（或H2）所还原，是中等还原）所还原，是中等还原 性的氧化物，如：性的氧化物，如：Cr、V、Ni、Si的氧化物。的氧化物。仅能在高温下为固体碳还原的氧化物，是难还原仅能在高温下为固体碳还原的氧化物，是难还原 的氧化物，如的氧化物，如CaO、MgO、Al2O3。425对于反应（）、（）、（）、（）：对于反应（）、（）、（）、（）： COCOPPKCOCO%22 TfKCO1100%)4(4341) 1 (23570)3()2(3) 1 (2357024324332224324332COFeCOOFeCOOFeCOOFeCt

3、COFeCOFeOCOFeOCOOFeCOOFeCOOFeCt6例题例题 Fe2O3很容易被很容易被CO还原，还原， 平衡曲线基本上与横坐标重和。平衡曲线基本上与横坐标重和。反应（）（）（）曲线向上，放热反应反应（）（）（）曲线向上，放热反应 反应（）曲线向下，吸热反应。反应（）曲线向下，吸热反应。反应（）（）（）交于反应（）（）（）交于O点，点，O点自由度为点自由度为0。7对于反应（）对于反应（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）： 22%22HOHPPKHOH TfKH1100%2)4(4341) 1 (23570)3()2(3) 1 (2357022432432322222432432

4、32OHFeHOFeOHOFeHOFeCtOHFeHFeOOHFeOHOFeOHOFeHOFeCt8Fe2O3很容易被很容易被H2还原，还原， 平衡曲线基本上与横坐标重和。平衡曲线基本上与横坐标重和。反应（）反应（）（）（）（）（）曲线向下，吸热反应曲线向下，吸热反应 反应（）反应（）曲线向上，放热反应。曲线向上，放热反应。反应（）反应（）（）（） （）（）相交于相交于O点，点， O点自由度为点自由度为0。 9的还原能力的还原能力的还原能力的还原能力COHCtCOHCt2281081010反应方程式反应方程式222COMCMOCOMCMO低温：高温：直接还原的两种组合方法直接还原的两种组合方法

5、 直接还原反应与间接还原反应的关系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，体系中当固体碳存在并过剩时，体系中C+CO2=2CO反应的平衡成分反应的平衡成分控制气相组成。即控制气相组成。即C+CO2=2CO是气相平衡成分的控制者。间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。接还原反应加上碳的气化反应就是直接还原反应。11对于反应（对于反应（1）、（）、（2）、（）、（3）、（）、（4）：）： COPK TfKCO1100%)4(4341) 1 (23570)3()2(3) 1 (23570434332434332COFeCOFeCOOFeCOFeCtC

6、OFeCFeOCOFeOCOFeCOOFeCOFeCt12区区区43656710656710OFeCtFeOCtCFeCt13 COSiOFeCSiOFes222242用两个反应组合：用两个反应组合： COFeCFeOss22221G 4222SiOFeSiOFeOs2G21GGG COSiOFeCSiOFes22224214直接还原出金属直接还原出金属 生成碳化物生成碳化物 COMnCMnOCOSiCSiO222COVCOV32332COVCCOV32532COSiCCSiO232COCMnCMnO343315利用和氧亲和力强的金属去还原和氧亲和力弱的金利用和氧亲和力强的金属去还原和氧亲和力

7、弱的金 属的氧化物，制取不含碳的纯金属或合金。属的氧化物，制取不含碳的纯金属或合金。常用的金属热还原法有：硅热法、铝热法。常用的金属热还原法有：硅热法、铝热法。 222SiOMyxSiOMyyxMyxOAlAlOMyyx3231311强放热反应，一般情况下，不外加热源。强放热反应，一般情况下，不外加热源。 得到的产物不含碳或含碳量很低。得到的产物不含碳或含碳量很低。 16)(%yxxMOMMLyCOMxOMyCyx)(有有CC、COCO恒定组分参加的还原反应。恒定组分参加的还原反应。 没有没有CC、COCO恒定组分参加的两相间的共轭反应。恒定组分参加的两相间的共轭反应。 COSiCSiO2 2

8、)(2COMnCMnO)()( 2)(22SiOMnSiMnO)( 2)(4)(24422SiOMnOSiMn17COMnMnOC)(MnOMnOCOMnMnOCOMnMnxPMnfaPaK%COMnMnOMnMnPfbKMnOMnL)(%1KPbKCOMn)(%MnMnOMnfKMnOMnL18影响分配比的因素：影响分配比的因素： )(%MnMnOMnfKMnOMnLMnMnjMnMnMnjMnMnMnOMnMnOMnMnLfeLfeLRLRLKTLKTT，成：，成：，：00金属组熔渣组温度19体系中碳的相对化学位。体系中碳的相对化学位。 CCaRT ln syxsCMyCMyx1石CaRT

9、Gln20 CO的碳势的碳势 22COCCO石CCOCOaPPK2222lnlnlnCOCOCPPRTKRTaRT CH4的碳势的碳势 242HCCH石CCHHaPPK422242lnlnlnHCHCPPRTKRTaRT气体与金属接触时，其碳势高于金属的碳势，气体与金属接触时，其碳势高于金属的碳势， 则发生渗碳。则发生渗碳。 21 22COCCOTG171166550222)(%)(%1002CCCCOCOxCOPCOaPPK22%1COCOPKxCCCOKfxC%，22 gSHSH22 gCSSC2 2 gCOSSCO ggOHCaSCaOSH22 gCOCaSCaOCS2222 gCOCa

10、SCaOCOS2 ggOHFeSFeOSH22 gCOFeSFeOCS22 gCOFeSFeOCOS223COFeCaSCCaOFeS)()()()(22OSOSCOSCOS)()(22 %)()(222222SfxOfxaaaaKSOOOsSSOOSS 1OfSbxS%2 222%SSOOSSfOxKSSL)()(FeOCaSCaOFeS24温度：温度： 。，KTH0熔渣组成：熔渣组成： SLORCaOMgOMnO，、，、)(2SLOOAlSiO，、)(2322SSLOFeOLOFeO)(2金属熔体中元素的影响：金属熔体中元素的影响： SSjSSSjSLfeLfe，0025苏打苏打电石电石石

11、灰石灰石灰石石灰石镁粉镁粉稀土合金稀土合金钙镁合金钙镁合金硅钙合金硅钙合金 COSNaSCCONa3)( 2232COSiOSNaSSiCONa2232)( 22CCaSSCaCS COCaSCSCaOS COCaSCSCaCOS3 23 SMgSSMg SLaSSLa26直接加入出铁沟内（或出铁槽内），直接加入出铁沟内（或出铁槽内），冲入铁罐中。冲入铁罐中。 2728铁铁氧状态图氧状态图 2930如图为如图为CO还原还原Fe的各级氧化物平衡曲线图。的各级氧化物平衡曲线图。(1) 写出各曲线的平衡反应写出各曲线的平衡反应; (2) 在图上各区域填上稳定存在的相在图上各区域填上稳定存在的相;(3

12、)在图中在图中a点体系中放入点体系中放入Fe，保持，保持a点体系的温度及气相组成不点体系的温度及气相组成不变，分析体系中将有哪些反应发生？最终存在的是何物？变，分析体系中将有哪些反应发生？最终存在的是何物？ 31曲线曲线(1)：3 Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 曲线曲线(2)：Fe3O4+CO=3FeO+CO2曲线曲线(3)：FeO+CO=CO2+Fe 曲线曲线(4)：1/4Fe3O4+CO=3/4Fe+CO2 见图见图 过过a点作等温线，交曲线点作等温线，交曲线(3)于点于点a，交，交曲线曲线(2)于点于点a，利用等温方程分析。，利用等温方程分析。 对于曲线对于曲线(3)：FeO+CO=Fe+CO2 aaCOCORTCOCORTG%ln%ln22 aaaaCOCOCOCO22%；22%aaCOCOCOCO0%ln%ln22aaCOCORTCOCORTG发生反应发生反应(3)的逆反应：的逆反应：Fe+CO2= FeO+CO，Fe被氧化为被氧化为FeO。 32对于曲线对于曲线(2)：Fe3O4+CO=3FeO+CO2 aaCOCORTCOCORTG%ln%ln2 2 aaaaCOCOCO