中南大学精品课冶金原理ppt

◆ 在较大 ◆ 在适当
PH的2 /下PH，2OH2可将WO3、MoO3、FeO等还原成金属。 的下，氢可还原钨、钼、铌、钽等的氯化物。
4、金◆属铝还、原钙剂、镁等活PH性2 /P金H属2O 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。
9.2 燃烧反应
火法冶金常用的燃料
固体燃料 煤和焦碳，其可燃成分为C 气体燃料 煤气和天然气，其可燃成分主要为CO和 H2 液体燃料 重油等，其可燃成分主要为CO和H2
二、还原过程分类
气体还原剂还原 用CO或H2作还原剂还原金属氧化物。 固体碳还原 用固体碳作还原剂还原金属氧化物。 金属热还原 用位于 G－T 图下方的曲线所表示的金属作还原 剂，还原位于G－T 图上方曲线所表示的金属氧化 物（氯化物、氟化物）以制取金属。 真空还原 在真空条件下进行的还原过程
三、还原反应进行的热力学条件
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。
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 有利。
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。
（反应 9-2）
rG(92) 170707 174.47T J·mol-1 （式 9-2）
H r 298(92)
172269
J·mol-1
（2）煤气燃烧反应
2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g)
（反应 9-3）
r
G (93)
564840 173.64T ，
J·mol-1
（式 9-3）
rG(91) rG(91) RT ln J
r G(9 1)
RT
ln
aXA aX
aMe（式9-1） aMeA
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P。 ◆ 反应9-1进行的热力学条件为：
金属化合物还原过程通式：
MeA + X = Me + XA
（反应9-1）
MeA—— 待还原的原料（A=O、Cl、F等）； Me —— 还原产品（金属、合金等）； X —— 还原剂（C、CO、H2、Me）； XA —— 还原剂的化合物（CO、CO2、H2O、MeA）
反应(9-1)的吉布斯自由能变化为：
不与金属产物形成合金或化合物。
◆ 价廉易得。
碳是MeO的良好还原剂。
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。
◇ Cu2O、PbO、NiO、CoO、SnO等在标准状态下，在 不太高的温度下可被碳还原。
◇态F下eO，、在ZnO、Cr2O3f、G(*M线MeO)n与OT、SiO2等线氧f G(*交化CO)点物 T温在度标以准上状 可被碳还原。
rG
1 2
(
f
G* ( XA
)
f
G* ( MeA )
)
0
f
G* ( XA )
f
G* ( MeA )
f
G* ( XA
)
Baidu Nhomakorabea
f
G* ( 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)
第九章 还原过程
9.1 概述 9.2 燃烧反应 9.3 金属氧化物的碳还
原与氢还原 9.4 金属热还原 9.5 真空还原
9.1 概 述
一、研究还原过程的意义
金属元素在自然界很少以单质形态存在 有色金属矿物大多数是硫化物或氧化物 炼铁所用矿物及很多冶金中间产品主要是氧化物 形态 钛、锆、铪等金属的冶金中间产品为氯化物 还原反应在从这些矿物提取金属的过程中起着重 要作用 还原过程实例： 高炉炼铁、锡冶金、铅冶金、火法炼锌、钨冶 金…… / 钛冶金……
◇ V2O5、Ta2O5、Nb2O5等难还原氧化物在标准状态下 不能被碳还原；但在高温真空条件下可被碳还原。
◇ CaO等少数金属氧化物不能被碳还原。
◆ 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。
H r 298(9 3)
565400
J·mol-1
（3）碳的完全燃烧反应
C(s) + O2(g) = CO2(g)
（反应 9-4）
rG(94) 394133 0.84T J·mol-1 （式 9-4）
H r 298(94)
393129
J·mol-1
（4）碳的不完全燃烧反应
2C(s) + O2(g) = 2CO(g)
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、碳氧系燃烧反应的热力学 1、碳氧系燃烧反应
（1）碳的气化反应（布多尔反应）
C(s) + CO2(g) = 2CO(g)
（反应 9-5）
rG(95) 223426 175.31T J·mol-1 （式 9-5）
H r 298(95)
◆ 当还原剂X为气体，其分压小于P时，不利于还原反 应。
四、还原剂的选择
1、对还原剂X的基本要求
◆ X对A的亲和势大于Me对A的亲和势。对于氧化 物——
在氧势图上
G*
f (XO)
T线应位于
G*
f (MeO)
T线之下；
XO的分解压应小于MeO的分解压。
◆ 还原产物XA易与产出的金属分离；
◆ 还原剂不污染产品——