6还原熔炼.pdf.PDF

6 还原熔炼 6.1 天然存在的单质金属是很少的，目前能够从矿物中直接提炼出金属的方法也不多。 最简单的方式是加热金属氧化物，使之在高温下分解为单质，即热分解反应。但是，除 个别金属外，绝大多数金属氧化物的稳定性都很高，在经济的冶炼温度（1000～2000K ） 下分解率很低，即使在真空下，热分解也难于进行。相对经济一些的方法是还原法，即 用还原剂与与金属氧化物反应得到金属。金属氧化物通过还原熔炼制取金属是非常重要 的火法冶金单元过程，还原熔炼广泛地应用于黑色和有色金属冶炼。 氧化矿物如锡精矿、铁矿石可直接还原熔炼获得金属，而硫化矿物通常不能通过还 原熔炼得到金属，但可通过氧化焙转型后再还原。如铅矿、锌矿和其它一些重金属的硫 化精矿均可采用焙烧脱硫——还原熔炼工艺得得粗金属；还原熔炼也可以用于含有两种 有价金属成分的冶炼分离，如钛铁矿在高炉还原得到生铁和含较高二氧化钛的高钛渣 等。 按所用还原剂的种类划分，还原过程可分为气体还原剂还原，固体碳还原，金属热 还原和真空还原等。冶金中选用的还原剂通常要求安全、廉价。常用的是固定碳C、CO、 H2及Si、Al等单质。习惯上把用C做还原剂，最终生成CO的还原反应称为直接还原；而 把用CO和H 做还原剂，最终生成CO 或H O 的还原反应称为间接还原；用Si、Al等金属 2 2 2 作还原剂的还原称为金属热还原。 6.2 所谓燃烧反应是指 C、H 、CO 与氧化合的反应。冶金中主要的燃烧反应有如下几 2 个： C(s) + O2(g) = CO2(g)  Gθ = －223426 －175.3T，J （1） r m 2C(s) + O2(g) = 2CO(g)  Gθ = －394133 －0.837 T ，J （2 ） r m 2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g)  Gθ = －564840+173.64 T ，J （3 ） r m 2H + O = 2H O θ （4 ） 2(g) 2(g) 2 (g)  G = －503753.6+117.36 T ，J r m 反应（1）和（2 ）是固定碳燃烧的两种反应，前者称为碳的完全燃烧反应，后者为 碳的不完全燃烧反应。在有过剩固定碳存在的条件下，两反应表现的特点是气相中氧的 平衡分压很低。在高温条件下（t 900 ℃），C 与 O2 的亲和力很高，且 CO 较稳定，因 此在较高温度下主要是反应 2C(s) + O2(g) = 2CO(g) ，反应平衡时气相中含 CO 较高。而在 比较低的温度下，C 和 O 主要按 C + O = CO 进行，平衡时气相中有较多的 CO 。 2 (s) 2(g) 2(g) 2 反应 （3 ）和 （4 ）分别是 CO、H2 的燃烧反应，两反应有很高的热效应 （500kJ/mol ）， 以富含 CO 和 H2 的煤气作冶金燃料，不仅冶炼热强度大，并且燃烧组织过程简单，易 于操作控制，燃烧后无灰烬，是一种干净的冶金燃料的还原剂。在冶金生产中，也可以 117 考虑将煤转化为煤气后再用于冶金过程。 从反应（3 ）和（4 ）的 Gθ －T 关系可以看出，温度升高后，CO、H2 的不完全燃 r m 烧程度加大，也就是 H O、CO 分解