鎳還原,渣型原理

1、4。 1 鎳鐵還原的熱力學(xué)原理4。 1。 1 氧化鎳還原的熱力學(xué)氧化鎳的固體碳還原的反應(yīng)為 :NiO+C=Ni+CO（4 l ）2NiO+C=2Ni+CO2（4-2）生成物CO與CO的相對(duì)比例取決于 C-CO-C*系的平衡，根據(jù) 布多爾反應(yīng)C（s）, +CO（g）, =2C0g）,及常壓下CO的平衡濃度和溫度 的關(guān)系，當(dāng)溫度低于1000 時(shí)，碳的氣化反應(yīng)平衡成分中CO、 CO2共存，反應(yīng)（41）、（4-2）同時(shí)存在，即NiO與C反應(yīng)生成Ni、COW CO2。在高溫下（1000 C） C-CO-O系中CO幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)?CO, 因此高溫下反應(yīng)（4-2） 基本上不存在，固體碳還原的反應(yīng)實(shí)際上可視為

2、間接還原反應(yīng)（4-3 ）與布多爾反應(yīng)（4-4 ）的組合，即：NiO+CO=Ni+C2O（ 4-3）C02+C=2CO（4 4）NiO+C=Ni+CO（4 1 ）式（4 1）的 G =244400-336.4T,常壓（PcO=101千帕）時(shí)還原的開 始溫度 T開始=244400/336.4=726。 5K （453。 5C）1000 C.鐵氧化物及硅酸鹽等復(fù)雜化合物中氧化鎳的還原可視為由復(fù)雜化合物離解和簡單氧化物還原兩個(gè)反應(yīng)組成， 由于比簡單氧化物還原多一個(gè)復(fù)雜化合物的離解反應(yīng) , 因而要困難 .4。 1。 2氧化鐵還原的熱力學(xué)鐵為多價(jià)元素，存在FeQ、FeQ、FeO等多價(jià)化合物，根據(jù)逐級(jí) 反應(yīng)

3、的原則，其還原過程應(yīng)為：當(dāng) T570C , Fe203Fe3O4Fe 一3Fe 2Q+C=2FeO+CO (4-5)6FezQ+C=4FeO4+CO(46)FeQ+4c=3Fe+4c O4-7)Fe3O4+2C=3Fe+2CO(48)當(dāng) T570 C FeQFeQFeO 自f3FeQ+C=2FeO+CO (4-5)6FeQ+C=4FeC4+CO(4-6 )FeQ+C=3FeO+CO(49)2Fe3Q+C=6FeO+CO4-10)FeO+C=Fe+CO(411)2FeO+C=2Fe+C O412)每種鐵氧化物的還原過程都同時(shí)產(chǎn)生 CO和CQCO和CO的相對(duì) 比例取決于布多爾反應(yīng)。將鐵氧化物CO還

4、原的熱力學(xué)平衡圖與常壓下的布多爾曲線疊加 得常壓下鐵氧化物固體碳還原的熱力學(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)的平衡曲線與Fe304間接還原平衡線交 于b點(diǎn)，b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度約為675C,即在675c時(shí)，反應(yīng)(4-5) ,(4 6)與布多爾反應(yīng)保持平衡，當(dāng)溫度低于675c日t Fe04穩(wěn)定，高于675c貝U為FeO穩(wěn)定。進(jìn)一步升高溫度，布多爾反應(yīng)的平衡曲線與FeO間接還原反應(yīng)的 平衡線交于a點(diǎn),a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度為737C,說明在溫度737c時(shí)，反 應(yīng)(4-7),(4-8) 及布多爾反應(yīng)保持平衡，溫度低于 737c時(shí)為FeO(實(shí) 際為FenOW急定，高于737c貝U為Fe穩(wěn)定

5、.礦石中，有些鐵氧化物是以復(fù)雜氧化物的形式存在，如FeSiO4,它們的分解壓低，穩(wěn)定性比以簡單氧化物存在時(shí)要高，因此只能在較 高溫度下被還原。它們還原反應(yīng)的4 G可由簡單氧化物的直接還原 反應(yīng)與復(fù)雜氧化物的離解反應(yīng)組合得出。例如，對(duì)于硅酸鐵的還原，F(xiàn)e2SQ+2C=2Fe+2C0+Si0 (413)可由以下兩個(gè)反應(yīng)的組合得出：2FeO+2C=2Fe+2COG =317940-320。5T (4-14)Fe2SQ=2FeO+SiO G =36200-21.59T(4-15)Fe2Si04+2C=2Fe+2CO+S2G =354140-341.59T (4-13)通過計(jì)算可得，F(xiàn)eO及Fe2SiO

6、4的還原開始溫度分別為 992K和1037左可見，復(fù)雜氧化鐵比簡單氧化鐵難還原。在冶煉中，可通過添加劑的作用，促使復(fù)雜氧化物分解，提高主要金屬復(fù)化物的活度，以降低其還原開始溫度。如往FeSiO,中加入CaO,由于CaO能取代FeSiO,中的FeQ 使之 成為自由狀的FeQ從而易于被還原。Fe2SiO4+2CaO=2FeO+CSj0 4AG) =82593+9.79T (4-16 )2FeO+2c=2FC+2COG =317940-320。5T(4-14)FeSi04+2CaO+2c=2Fe+ CSi04+2C0AG =235347-310。71T(417)T 開始 =235347/310 。

7、71=757K可見，由于CaO勺力口入，F(xiàn)eSiO,的開始還原溫度(1037K)可下降 到 757K。渣型選擇冶金爐渣通常由多種化合物組成，是一個(gè)極為復(fù)雜的體系 . 對(duì)于冶煉來說， 渣與金屬的分離是靠渣一金屬間熱量及質(zhì)量的交換而實(shí)現(xiàn)的， 爐渣是決定金屬成品最終成分及熔煉溫度的關(guān)鍵因素。 爐渣的主要作用有：( l )可通過調(diào)整爐渣的成分、性質(zhì)和數(shù)量，來控制各元素的復(fù)化還原反應(yīng)過程，如鎳的還原、鐵的還原等;( 2) 分離或吸收雜質(zhì), 除去粗金屬中有害于金屬產(chǎn)品性能的雜質(zhì)，如脫硫、脫磷等；3) 覆蓋在合金上層，可減少熱損失并防止合金吸收氣體；4) 好的爐渣能減輕冶煉產(chǎn)物對(duì)爐襯的沖刷和侵蝕 , 延長爐

8、襯壽命。爐渣的物理性質(zhì)中，熔化溫度、粘度、密度、堿度和渣量對(duì)冶煉操作有較大的影響。 （ a） 熔化溫度?；鸱ㄒ睙掃^程中要求爐渣具有適當(dāng)?shù)娜刍瘻囟?，既不可過高也不能過低。如果熔化溫度過高，渣過分難熔，在爐內(nèi)只能呈半熔融、半流動(dòng)的狀態(tài), 會(huì)造成渣一金屬難以分離，得到的金屬產(chǎn)品不合格; 熔化溫度也不可過低，以維持熔分及爐內(nèi)適當(dāng)?shù)母邷兀?以保證爐況的順行。 （ b） 粘度 . 爐渣粘度直接關(guān)系到爐渣流動(dòng)性的好壞，影響爐渣脫除雜質(zhì)的能力，粘度低、流動(dòng)性好的爐渣有利于雜質(zhì)的擴(kuò)散，促進(jìn)除雜反應(yīng) ; 爐渣粘度還影響爐襯壽命，粘度高的爐渣在爐內(nèi)容易形成渣皮，起保護(hù)爐襯的作用 ; 而粘度過低、流動(dòng)性太好的爐渣沖刷

9、爐襯，造成爐襯侵蝕損毀，縮短爐襯壽命。 （ c ）密度?；鸱ㄒ睙掃^程中爐渣與金屬能否分離，很重要的一項(xiàng)指標(biāo)就是兩者密度的差別， 渣有較小的密度， 才能使熔融態(tài)的金屬與渣因重力作用而分離.（d ）堿度。渣保持適當(dāng)?shù)膲A度才能減輕對(duì)爐襯的侵蝕并具有較強(qiáng)的脫硫、脫磷能力.（e）渣量。合適的渣量可以保證硫、磷和夾雜物的去除，以獲得所需的合金成分, 但渣量過大時(shí)，熱量和金屬的損失也增大。因此， 爐渣在保證冶煉操作的順利進(jìn)行， 冶煉金屬熔體的成分和質(zhì)量，金屬的回收率以及冶煉的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面都起了決定性的作用 , 渣型的選擇對(duì)鎳鐵的還原熔煉具有非常重要的意義。由于大部分爐渣中常見的氧化物都有很高的熔點(diǎn)

10、，冶煉溫度下，這些氧化物很難熔化，因此, 為了優(yōu)化渣的性能，一方面可以加入一定的熔劑造渣, 使礦石中的酸性脈石、焦粉中的灰分等相互作用形成熔點(diǎn)低于原氧化物熔點(diǎn)的復(fù)雜化合物，降低爐渣的熔點(diǎn)并使?fàn)t渣具有 良好的流動(dòng)性，從而易于實(shí)現(xiàn)金屬相和渣相的分離， 提高金屬回收率 另一方面，可通過添加劑的作用，促使復(fù)雜氧化物分解，提高主要金屬 氧化物的活度，以降低其開始還原的溫度。圖4-3 CadMQSiQi三元系相比網(wǎng)由化學(xué)成分分析可知，試驗(yàn)所用紅土銀礦含Si02：高達(dá)40。12% MgOt量為14.810%, CaCR有0.75%,爐渣的自然堿度低，粘度大， 對(duì)于金屬與渣的分離和金屬回收率的提高十分不利，需往爐料中加入 石灰石作為熔劑造渣，增加渣中所必需的成分氧化鈣，降低渣的熔化 溫度，降低粘度，增加堿度,還可減少渣的比重，這對(duì)熔煉操作很有價(jià) 值，因?yàn)闋t渣可以在更低的溫度下保持良好的流動(dòng)性。根據(jù)爐料組成，選擇CaO-Mgo-Si02 三元系渣型，CaO-Mgo-Si02三元系相圖如圖 4-3 所示。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，紅土銀礦中