有色冶金原理第三章-氧化物的还原.pptx

第三章氧化物的还原;3.1 概述 一、研究还原过程的意义;二、还原过程分类;三、还原反应进行的热力学条件;1、在标准状态下还原反应进行的热力学条件 在标准状态下— 当MeA、X、XA、Me为凝聚态时，均为稳定晶形的 纯物质； 当MeA、X、XA、Me为气态时，则其分压为Pθ。 反应3-1进行的热力学条件为： △rGθ = (△Gθ(XA) - △Gθ(MeA)) 0 △Gθ(XA) △Gθ(MeA);→在标准状态下，在氧势图(或氯势图等) 中位置低于MeA的元素才能作为还原剂 将MeA还原。 →在标准状态下，MeA的分解压必须大于 MeX的分解压，即： PA(MeA) PA(XA) ;2、在非标准状态下还原反应进行的热力学条件 1）降低生成物活度aXA、aMe 当生成物XA不是纯物质，而是处于某种溶液(熔体) 中或形成另一复杂化合物时，其活度小于1，对反应 ??利。 →加入熔剂使XA造渣有利于还原过程。 当生成物XA或Me为气态时，降低生成物的分压，对 还原反应有利。 →当在真空条件下生产金属铌时，则理论起始 温度将大幅度降低。 NbO(s) + Nb2C(s) = 3Nb+CO(g);当生成物Me处于合金状态，其活度小于1，对还原反 应有利。 →用碳还原SiO2时，当产物为单质硅时，起始温度为 1934K；而当产物为45%Si的硅铁合金时，起始温度 为1867K。 2)降低反应物(MeA、X)的活度 对还原反应不利 当反应物MeA及还原剂X处于溶液状态，或以复杂化 合物形态存在时，不利于还原反应。 当还原剂X为气体，其分压小于Pθ时，不利于还原反 应。;四、还原剂的选择;2、碳还原剂的主要特点 碳对氧的亲和势大，且随着温度升高而增加，能还原绝 大多数金属氧化物。 ;反应生成物为气体，容易与产品Me分离。 价廉易得。 碳易与许多金属形成碳化物。 3、氢还原剂 在标准状态下，H2可将Cu2O 、PbO、NiO、CoO等还原成金属。 在较大PH2/PH2O下，可将WO3、MoO3、FeO等还原成金属。 在适当的PH2/PH2O下，氢可还原钨、钼、铌、钽等的氯化物。 4、金属还原剂 铝、钙、镁等活性金属可作为绝大部分氧化物的还原剂。 钠、钙、镁是氯化物体系最强的还原剂。;3.2 燃烧反应;火法冶金常用的还原剂 固体还原剂 煤、焦碳等，其有效成分为C； 气体还原剂 CO和H2等 液体还原剂 Mg、Na等 C、CO、H2为冶金反应提供所需要的热能 C、CO、H2是金属氧化物的良好还原剂;一、碳一氧系燃烧反应的热力学 1、碳一氧系燃烧反应 （1）碳的气化反应(布多尔反应) C(s) + CO2(g) = 2CO(g) (反应3-2) △rGθ(3-2) = 170707 - 174.47T J·mol-1 (式3-2) △rHθ298(3-2) = 172269 J·mol-1 ;（2） 煤气燃烧反应 2CO(g) + O2(g) = CO2(g) (反应3-3) △rGθ(3-3) = -564840 + 173.64T J·mol-1 (式3-3) △rHθ298(3-2) = -565400 J·mol-1 ;（3）碳的完全燃烧反应 C(s) + O2(g) = CO2(g) (反应3-4) △rGθ(3-4) = -394133 - 0.84T J·mol-1 (式3-4) △rHθ298(3-4) = -393129 J·mol-1 ;（3）碳的不完全燃烧反应 2