第二章 铁氧化物还原

第二章铁氧化物还原
一、还原反应基本原理
1、金属氧化物的还原反应：金属氧化物还原反应通式
MeO+B=BO+Me (+或-)Q
式中：MeO 金属氧化物
B 还原剂
Me 金属元素
Q 反应热效应
高炉冶炼用CO、H2和固体碳还原剂
2、氧化物的还原顺序：
高炉冶炼条件下，各种氧化物由易到难的还原顺序：
Cu O→P bO→FeO→MnO→SiO2→Al2O3→MgO→CaO
其中：Cu、P b、Fe的氧化物都能被还原。

SiO2、MnO只有部分被还原。

Al2O3、MgO 、CaO不能被还原。

二、铁氧化物还原
（一）铁氧化物的还原顺序：
1、铁的氧化物在还原时，是从高价铁氧化物逐级还原成低价氧化物，最后还原成金属铁。

＞570℃时：Fe2O3→Fe3O4→FeO→FeO
＜570℃时：Fe2O3→Fe3O4→FeO
(FeO→Fe3O4+FeO)
2、铁氧化物顺序还原的原因：是受
铁氧化物中的铁与氧的亲合力大小
决定的。

一般：与氧亲合力大，分解压就小，
难还原。

与氧亲合力小，分解压就大，
易还原。

各种铁氧化物不同温度的分解压（见
图）
（二）用CO还原铁氧化物：
1、还原反应式：
＞570℃时：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+ CO2+Q
Fe3O4+CO=3FeO+ CO2-Q
FeO +CO=Fe+ CO2+Q
＜570℃时: 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+ CO2+Q
Fe3O4+4CO=3Fe+ CO2+Q
2、反应特点：
①以放热反应为主。

②是间接还原，气相产物为CO2
间接还原：在高炉中以CO（H2）为还原剂，气相产物为CO2（或H2O）的还原反应。

③反应是可逆的。

（三）用固定碳还原铁氧化物：
1、还原反应式：
＞570℃时：3Fe2O3+C=2Fe3O4+ CO +Q
Fe3O4+C=3FeO+ CO -Q
FeO +C=Fe+ CO +Q ＜570℃时: 3Fe2O3+C=2Fe3O4+ CO +Q
Fe3O4+4C=3Fe+ 4CO +Q
2、特点：
①都是吸热反应，并且直接消耗固定
碳。

②是直接还原：
直接还原：高炉中用固定碳作还原
剂，生成的气相产物为CO的还原反
应。

③反应是不可逆的。

3、炭素氧化反应的影响：
（1）炉内固定碳直接还在铁氧化物数量很少。

（2）二步式的直接还原：
①还原反应式：
第一步：间接还原
Fe3O4+CO=3FeO+CO2
FeO+CO=Fe+ CO2.
第二步：间接还原的气相产物CO2.与固体碳反应
CO2+C=2CO
将上两式叠加FeO+CO=Fe+ CO2.
+ CO2+C=2C O￣
FeO +C=Fe+ CO
以上可看出：虽然起还原作用的仍是CO，但最终结果消耗了固体碳。

②间接还原反应与直接还原反应的差别：就是看还原生成的CO2是否与碳发生气化反应.如果CO2与C反应，则此反应为直接还原；如果CO2与C 不反应，则此反应为间接还原
③二步式直接还原的条件：炭素气化反应与焦炭的反应性有关；冶金焦炭一般在800℃开始发生炭素气化反应，1100℃时剧烈进行。

高炉中低于800℃是间接的还原区，800-1100℃中间接与直接还原同时进行区。

大于1100℃是直接还原区。

（四）用H2还在铁氧化物
1、还原反应式：
＞570℃时：3Fe2O3+ H2=2Fe3O4+ H2O +Q
Fe3O4+ H2=3FeO+ H2O -Q
FeO + H2=Fe+ H2O +Q
＜570℃时: 3Fe2O3+ H2=2Fe3O4+ H2O +Q
Fe3O4+4H2=3Fe+ 4H2O +Q
2、反应特点：气相产物都是H2O汽，并且都是吸热反应，属于间接还原。

3、碳水反应的影响：
当温度大于1000℃：H2O汽+C= H2+CO -Q
用H2还原铁氧化物在高温区时：
FeO+ H2=Fe+ H2O
+ H2O+C=C O+H2
FeO +C=Fe+ CO
在低温区时，用H2还原铁氧化物的产物与CO作用：
FeO+ H2=Fe+ H2O
+ H2O+CO=C O2+H2
FeO +CO=Fe+ CO2
结论：H2参加还原反应，但最终消耗的是C和CO，H2起了传氧的作用。

①但由于氢气的扩散能力大，所以对还原反应可以起到催化剂的作用。

②在高温区，并不是所有H2都起传氧作用，还有少量H2参加还原反应，代替了部分焦炭，H2还原比C还原消耗的热量少，所以H2存在有利于焦比降低。

（五）用H2和CO还原铁氧化物的比较：
1、相同点：
1）都是间接还原反应，不增加也不减少煤气的体积。

2）此反应有的放热，有的吸热，但热效应值都不大。

2、不同点：
1）以H2作还原剂的反应是吸热反应，因此提高温度有利于还原进行，而CO的还原以放热为为。

2）低于810℃，CO比的还原能力强；高于810℃，℃比CO的还原能力强。