氧势图-3讲义.ppt

北 京 科 技 大 学 University of Science and Technology Beijing 1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用 1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用 自然界中元素大都以氧化物的形式存在，也有以硫化物或其他化合物形式存在。为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序，埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能 数值折合成元素与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化 ( O2)。即，将反应 的 与温度T的二项式关系绘制成图。该图又称为氧势图。 关键点：各反应以1molO2为基准 1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用 下面对氧势图进行分析 1.直线的斜率 将 与T的二项式关系 对T微分得 直线的斜率即为反应 的标准熵变负值 1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用 对 ? 由于 且 和 相差不大，固上式中： （MeO和Me一般为固态或液态） 固 斜率 b0 但CO由于是气态物质，情况特殊，结果是斜率0 另：随温度升高，金属Me从固态→液态→气态， 值增大，固 增大 ，斜率变大。 1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用 2.直线的位置 (1) 位置越低，表明 负值越大，在标准状态下反应越容易，所生成的氧化物越稳定，越难被其他元素还原。 (2) 在同一温度下，若几种元素同时与氧相遇，则位置低的元素最先氧化。如1673K时，元素Si、Mn、Ca、Al、Mg同时与氧相遇时，最先氧化的是金属Ca, 然后依次为Mg、Al、Si、Mn。 (3) 位置低的元素在标准状态下可以将位置高的氧化物还原。如1600℃时，Mg可以还原SiO2得到液态硅。 (4) 由于生成CO的直线斜率与其他直线斜率不同，所以CO线将图分成三个区域。 1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用 在CO线以上的区域，如元素Fe、W、P、Mo、Sn、Ni、Co、As及Cu等的氧化物均可以被C还原，所以在高炉冶炼中，矿石中若含P、Cu、As等有害元素将进入生铁，给炼钢带来困难。 在CO线以下区域，如元素Al、Ba、Mg、Ca以及稀土元素等氧化物不能被C还原，在冶炼中它们以氧化物形式进入炉渣。 在中间区域，CO线与其他线相交，如元素Cr、Nb、Mn、V、B、Si、Ti等氧化物线。当温度高于交点温度时，元素C氧化，低于交点温度时，其他元素氧化。这一点在冶金过程中起着十分重要的作用。从氧化角度讲，交点温度称为碳和相交元素的氧化转化温度；从还原角度讲，称为碳还原该元素氧化物的最低还原温度。 交点：称为氧化还原转化温度 1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用 除了CO线以外，任何两种元素的氧化物的氧势线斜率若相差较大时，都可能相交，固同样存在氧化还原转化温度。 从上面的分析讨论可以理解，为什么在高炉冶炼条件下，尽管铁矿内含有CaO、MgO、Al2O3或BaO，但它们也从来不会被C还原为金属而进入生铁。包头铁矿所含的稀土氧化物也自然地进入炉渣。大冶铁矿的Cu必然地进入生铁。铁矿内P的氧化物也全部还原进入生铁。根据现在的高炉操作，包头铁矿的Nb，攀枝花、马鞍山铁矿的V绝大部分进入生铁。含Si较高的灰口铁是在高炉高温操作条件下冶炼得到的，这时C以石墨状态存在。如果高炉采用较低温度操作，可以限制Si较少地进入生铁，这时C在生铁内结合为Fe3C而成白口铁。对攀枝花含Ti铁矿，被还原进入生铁的Ti与高炉冶炼操作有关。因此，尽量采用低温操作，不使多量的Ti还原入铁，以保证高炉正常运行。 1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用 求Mg、Al转化温度 (1500-2000K) (1500-2000K) 折合成与l mo1O2反应的数值 1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用 当达到转化温度时，两反应的 相等，从而得： 温度大于1745K时Al2O3稳定，小于1745K时MgO稳定。所以1745K是Al还原MgO的最低还原温度。 (5) 直接还原与间接还原 在高炉内氧化物被焦炭还原的反应--直接还原反应 风口吹入的大量热空气，到高炉内即将一部分焦炭燃烧生成CO气，含有CO的炉气上升时遇到铁矿石，CO能否起还原作用呢？ ＝-558146+167.78T 和其他元素一样，可以把CO看作为一个元素。这样在CO氧化成为CO2线之上的氧化物，其元素都可被CO从氧化物还原出来，例如Cu、As、Ni、Sn、Mo、P等元素。 用CO还原氧化物的反应称之为--间接还原反应。 图中指出，