鎳還原,渣型原理

1、4o1鐮鐵還原得熱力學(xué)原理4o 1.1氧化鎳還原得熱力學(xué)氧化傑得固體碳還原得反應(yīng)為：NiO+C=N i +C0 (4-1)2Ni0+C = 2Ni+C02 (4-2)生成物C 0與CO：得相對(duì)比例取決于C-CO-C0:體系得平衡, 根據(jù)布多爾反應(yīng)C(s),+C02(g), =2C0(g>,及常壓下C0得平衡濃度與 溫度得關(guān)系，當(dāng)溫度低于1 o oo°c時(shí)，碳得氣化反應(yīng)平衡成分中co、co 2共存，反應(yīng)(41)、(4 2)同時(shí)存在，即NiO與C反應(yīng)生成Ni、C 0 與 C02O在高溫下(>1 0 0 0 °C)CCO-C O2體系中CO?幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)?CO,因此

2、高溫下反應(yīng)(4-2)基本上不存在，固體碳還原得反應(yīng)實(shí)際上 可視為間接還原反應(yīng)(4-3)與布多爾反應(yīng)(4-4)得組合，即：NiO+CO二 Ni+CO? (4-3)CO2+ C =2C0(4-4)NiO+C二Ni+CO(4 -1)式(41)WA G° =2444 0 0-3 3 6。4 T,常壓(P co=l 0 1 千帕)時(shí)還 原得開(kāi)始溫度 T 開(kāi)薩 2 4 4400 / 3 36. 4=72 6。5K ( 4 53。5 °C) < 1 000 °C o鐵氧化物及硅酸鹽等復(fù)雜化合物中氧化鐮得還原可視為由復(fù)朵 化合物離解與簡(jiǎn)單氧化物還原兩個(gè)反應(yīng)組成，由于比簡(jiǎn)單氧

3、化物還原 多一個(gè)復(fù)雜化合物得離解反應(yīng)，因而要困難。4. 1. 2氧化鐵還原得熱力學(xué)鐵為多價(jià)元素，存在Fe:O3. Fe3O4> Fe 0等多價(jià)化合物，根據(jù) 逐級(jí)反應(yīng)得原則，其還原過(guò)程應(yīng)為：當(dāng) T < 5 7 0°C,Fe：殲Fe3F e g+C=2F e 30i+C0(4-5)6Fe: O3+CMFe3O4+C02 (4 6)Fe30.+4C=3Fe+4C0(4-7)Fe30J+2C=3Fe + 2C0:(4-8)當(dāng) T>57 0 °C F e©eOFe3Fe2O3+C=2Fe 3 03+C0(4 5)6Fe2O3+C=4F e3O4+C02(4

4、6)Fe3O,+C=3FeO+ CO(4-9)2Fe3O4+C=6Fe0+CO2(4-1 0 )FeO+C 二 Fe+CO(4-11)2FeO+C二 2 Fe + C02(412)每種鐵氧化物得還原過(guò)程都同時(shí)產(chǎn)生CO與CO?, CO與CO：得相對(duì) 比例取決于布多爾反應(yīng)。將鐵氧化物CO還原得熱力學(xué)平衡圖與常壓下得布多爾曲線疊加, 得常壓下鐵氧化物固體碳還原得熱力學(xué)平衡圖，如圖4 -1所示。從圖 4- 1可知,常壓下，布多爾反應(yīng)得平衡曲線與FeO ,間接還原平衡線 交于b點(diǎn),b點(diǎn)對(duì)應(yīng)得溫度約為675°C, RP在6 7 5°C時(shí)，反應(yīng)(4 - 5), (4-6)與布多爾反應(yīng)保持

5、平衡，當(dāng)溫度低于6 7 5 °C時(shí)F e 3 0 °穩(wěn)定，高于6 75°C則為FeO穩(wěn)定。進(jìn)一步升高溫度，布多爾反應(yīng)得平衡曲線與F eO間接還原反應(yīng)得平衡線交于&點(diǎn),a點(diǎn)對(duì)應(yīng)得溫度為7 3 7°C,說(shuō)明在溫度737°C時(shí), 反應(yīng)(4-7), (4-8)及布多爾反應(yīng)保持平衡，溫度低于737°C時(shí)為F eO(實(shí)際為F e nO)穩(wěn)定，高于7 37°C則為Fe穩(wěn)定、礦石中，有些鐵氧化物就是以復(fù)雜氧化物得形式存在，如Fe：S i04,它們得分解壓低,穩(wěn)定性比以簡(jiǎn)單氧化物存在時(shí)要高，因此只能在 較高溫度下被還原、它們還原反應(yīng)得

6、AG °可由簡(jiǎn)單氧化物得直接還 原反應(yīng)與復(fù)雜氧化物得離解反應(yīng)組合得出。例如，對(duì)于硅酸鐵得還原,Fe.SiO.+ 2 C=2Fe+ 2C0 +SiO2 (4 -13)可由以下兩個(gè)反應(yīng)得組合得出：2 F e 0 + 2C=2Fe+2 C 0 G ° =317940-320. 5T(4- 1 4)Fez S iO> = 2FeO + S i 0,G° =3620021. 59T (4-15)Fe2SiO.+2C=2Fe+2CO+SiO2AG° =3 5 4 1 40-3 41、59T (4- 1 3)通過(guò)計(jì)算可得,FeO及FezSiO,得還原開(kāi)始溫度分別

7、為9 92K與1 0 3 7Ko可見(jiàn),復(fù)雜氧化鐵比簡(jiǎn)單氧化鐵難還原。在冶煉中，可通過(guò)添加劑得作用，促使復(fù)雜氧化物分解，提高主要 金屬氧化物得活度，以降低其還原開(kāi)始溫度。如往Fe2SiO4中加入C&0,由于CaO能取代Fe2SiO4中得Fe 0,使 之成為自由狀得FeO,從而易于被還原。F e:SiO4 + 2 Ca 0 = 2 Fe 0 +Ca=SiO4AG° =8 2 5 9 3+9.79T(416)2FeO+2C=2FC+2COAG° =317 9 4 0-32 0.5T (4-14)FeSiO1 + 2CaO+ 2 C= 2 Fe+ CazSiO. +2 C

8、0 AG° =235347 3 1 0.71T(4-17)T 開(kāi)滬235 3 47/310、7 1 = = 7 5 7K可見(jiàn)，由于CaO得加入，F(xiàn) e2S i 0】得開(kāi)始還原溫度(1037K)可 下降到757K、渣型選擇冶金爐渣通常由多種化合物組成,就是一個(gè)極為復(fù)雜得體系。對(duì) 于冶煉來(lái)說(shuō),渣與金屬得分離就是靠渣一金屬間熱量及質(zhì)量得交換而 實(shí)現(xiàn)得，爐渣就是決定金屬成品最終成分及熔煉溫度得關(guān)鍵因素。爐渣得主要作用有:(1) 可通過(guò)調(diào)整爐渣得成分、性質(zhì)與數(shù)量，來(lái)控制各元素得氧化還 原反應(yīng)過(guò)程,如線得還原、鐵得還原等；(2) 分離或吸收雜質(zhì)，除去粗金屬中有害于金屬產(chǎn)品性能得雜質(zhì)， 如脫硫、脫

9、磷等；(3) 覆蓋在合金上層,可減少熱損失并防止合金吸收氣體；(4) 好得爐渣能減輕冶煉產(chǎn)物對(duì)爐襯得沖刷與侵蝕，延長(zhǎng)爐襯壽 命。爐渣得物理性質(zhì)中，熔化溫度、粘度、密度、堿度與渣量對(duì)冶煉 操作有較大得影響。)熔化溫度。火法冶煉過(guò)程中要求爐渣具有適 當(dāng)?shù)萌刍瘻囟?，既不可過(guò)高也不能過(guò)低。如果熔化溫度過(guò)高，渣過(guò)分難 熔，在爐內(nèi)只能呈半熔融、半流動(dòng)得狀態(tài)，會(huì)造成渣一金屬難以分離, 得到得金屬產(chǎn)品不合格;熔化溫度也不可過(guò)低，以維持熔分及爐內(nèi)適 當(dāng)?shù)酶邷?，以保證爐況得順行、(b)粘度、爐渣粘度直接關(guān)系到爐渣流 動(dòng)性得好壞，影響爐渣脫除雜質(zhì)得能力，粘度低、流動(dòng)性好得爐渣有利于雜質(zhì)得擴(kuò)散，促進(jìn)除雜反應(yīng);爐渣粘度

10、還影響爐襯壽 命，粘度高得爐渣在爐內(nèi)容易形成渣皮,起保護(hù)爐襯得作用；而粘度過(guò) 低、流動(dòng)性太好得爐渣沖刷爐襯，造成爐襯侵蝕損毀，縮短爐襯壽命、 (c)密度?；鸱ㄒ睙掃^(guò)程中爐渣與金屬能否分離,很重要得一項(xiàng)指標(biāo)就 就是兩者密度得差別，渣有較小得密度，才能使熔融態(tài)得金屬與渣因 重力作用而分離。(d)堿度。渣保持適當(dāng)?shù)脡A度才能減輕對(duì)爐襯得侵 蝕并具有較強(qiáng)得脫硫、脫磷能力、(e)渣量。合適得渣量可以保 證硫、磷與夾朵物得去除，以獲得所需得合金成分,但渣量過(guò)大時(shí)，熱 量與金屬得損失也增大。因此，爐渣在保證冶煉操作得順利進(jìn)行，冶煉金屬熔體得成分 與質(zhì)量，金屬得回收率以及冶煉得各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面都起了決 定

11、性得作用，渣型得選擇對(duì)鐮鐵得還原熔煉具有非常重要得意義。由于大部分爐渣中常見(jiàn)得氧化物都有很高得熔點(diǎn)，冶煉溫度下, 這些氧化物很難熔化，因此，為了優(yōu)化渣得性能，一方而可以加入一定 得熔劑造渣，使礦石中得酸性脈石、焦粉中得灰分等相互作用形成熔 點(diǎn)低于原氧化物熔點(diǎn)得復(fù)雜化合物，降低爐渣得熔點(diǎn)并使?fàn)t渣具有良 好得流動(dòng)性,從而易于實(shí)現(xiàn)金屬相與渣相得分離，提高金屬回收率另 一方而，可通過(guò)添加劑得作用，促使復(fù)雜氧化物分解，提高主要金屬氧 化物得活度，以降低其開(kāi)始還原得溫度。SiQ,X <9ft>圖4-3 CaO-MgO-SiOa三元系相圖関由化學(xué)成分分析可知，試驗(yàn)所用紅土線礦含Si02：高達(dá)40。12%, Mg 0含量為14.8 1 0%, C a 0只有0、7 5 %,爐渣得自然堿度 低,粘度大，對(duì)于金屬與渣得分離與金屬回收率得提高十分不利，需往 爐料中加入石灰石作為熔劑造渣，增加渣中所必需得成分氧化鈣，降 低渣得熔化溫度，降低粘度，增加堿度，還可減少渣得比重，這對(duì)熔煉 操作很有價(jià)值，因?yàn)闋t渣可以在更低得溫度下保持良好得流動(dòng)性。根據(jù)爐料組成，選擇Ca 0 -Mgo S i 0 ?三元系渣型，CaO Mgo-SiOz三元系相圖女口圖4