2 第二章 火法提取冶金基础.ppt

第二章火法提取冶金基础,金属氧化物的还原反应生成相与相分离铁合金生产方法分类碳质还原剂的冶金性能,1,2,金属氧化物的还原反应,MeOXMeXOMeO矿物中的金属氧化物（一般不止一种）X还原剂（碳、金属、氢）Me铁合金中主成份元素（可以不是一种）XO还原产物（液态或气态）,3,发生还原反应的条件,3,4,选择还原反应的意义,铁合金生产工艺的显著特点是用于生产的矿中金属氧化物不仅是一种，根据矿热炉中的反应温度和还原剂配入量的差别，同一种矿石原料，可以生产出不同的铁合金产品高碳锰铁1、锰矿（MnO2、Fe2O3、SiO2）锰硅合金高锰渣（P、Fe低）硅铁合金FeSi75,FeSi452、硅石（SiO2、Fe2O3、Al2O3）Al、Ti、Ca、工业硅Si-1,Si-2,Si-3（B、P、Fe、）,,,4,5,还原度与选择性还原,还原度是指某种金属氧化物被还原的难易程度。判据2MeOlMelO2g△H氧化物分解压，当aMeO1,aMe1时，K化学反应热△H温度fT大小的影响因素物质性质,,5,6,选择性还原在铁合金生产工艺中的具体应用,用碳还原几种金属氧化物共存矿的冶金体系，被还原出的铁合金中各金属元素的数量或浓度变化规律分解压小，即还原度小的氧化物，被还原出的合金中其元素含量少；还原剂碳的消耗不是平均分配，且与氧化物矿中的金属元素的价态相关。,6,7,选择性还原的理论分析,2MeOlMelO2g△H平衡时，当即如果渣中各金属氧化物的浓度一样时，易还原氧化物的那种金属元素在铁合金中的浓度就高。金属氧化物的分解压，在低温时差距大，高温时差距小,7,举例锰矿的还原冶金（澳洲锰矿）,8,主要成分MnO、FeO锰矿成分副成分SiO2、CaO、MgO、Al2O3杂质成分P2O5还原过程的几种情况①若矿热炉内温度不高还原剂加入量不足时Fe、P优先还原，生成含P生铁（Fe-C）和高Mn渣②温度提高，达到MnO还原条件时Mn、Fe、P还原，生成高碳MnFe产品（P含量较高）③继续提高温度，增加还原剂，并配入一定量的硅石时；Mn、Fe、Si、P都还原生成MnSi铁合金,,,,9,冶金中“相”的概念是什么,,物理化学领域中，我们定义“相为系统中任一均匀的部分”。这个定义蕴含着三个内容。（1）在宏观尺度内，相是均匀的相内含有许多原子的每一个小体积内的成分（Composition）和结构（Structure）都是一样的。成分是指组成相的粒子（分子、原子等）的类型和相对含量；结构是指这些粒子的排列和运动方式。（2）相具有一定的热力学性质在一定的外界条件（例如相同的温度和压力）下，系统的均匀部分具有一定的热力学性质。这些性质是状态性质，即随着状态而定的性质，例如内能和熵。（3）相具有界面系统中一部分与另一部分之间具有界面；单相系统与环境之间也具有界面。,10,钢铁冶金过程中的生成相,生成相金属溶液、炉渣、炉气,11,,,,一般火法冶金工艺中的生成相,12,火法冶金“相分离”原理,液固液相分离条件①密度（ρkgm-3）②界面张力（σJm-2）③粘度（ηPaS）固固相分离的方法①重力②浮选③磁选,13,14,举例钼铁的铝热法生产,矿石辉钼矿MoS（精矿）氧化焙烧氧化钼砂MoO3873K升华产物熔点Mo2625℃FeMo601534℃Al2O32050℃添加炉渣稀释剂，使渣铁分离。用什么作添加剂,14,15,液-液分相过程的“连续相”和“分散相”,15,16,液-液分相过程的“连续相”和“分散相”,问题Stokes定解，分散相上浮速度可表示为“水包油”和“油包水”哪个好分离钢渣界面张力怎么测,16,17,铁合金生产方法的分类,产品品种锰系、硅系、铬系、特种铁合金冶炼原理碳热还原电热还原金属热还原冶炼工艺与设备炉内精炼高炉、电炉炉外精炼钢包、摇炉真空冶金,,焦炭的主要作用,,,电硅热、电铝热,17,铁合金的主要产品及其用途,铁合金生产总量铁合金消耗量,1/2,1/3,1/6,18,电热还原反应原理,硅铁合金（无渣法）SiO22CSiFe2CO锰硅合金（有渣法）MnO2SiO24CMnSi4CO还原剂焦炭、兰炭、木炭能量电能,,,19,铁合金炉外精炼技术,脱碳法生产中、低碳锰铁和铬铁高纯硅铁的生产（氧化精炼、氯化精炼）,20,铁合金生产方法的分类,21,碳热还原剂的冶金性能,碳热还原剂的导电性碳热还原剂的反应活性炉料导电性和透气性“化学配碳”和“物理配碳”,22,,操作电阻,,炉料配热系数,,,R与C之间的关系,矿热炉内电流分配对冶炼工艺的影响（配热系数）,23,粒状焦炭导电性质的研究,图7碳质还原剂的电阻率与温度的关系,{姚登华.石油焦在硅铁生产中的应用实践.铁合金，2001，529},1.石墨；2.冶金焦；3.半焦；4.石油焦；5.木炭,24,粒状焦炭导电性质的研究,粒状碳质还原剂电阻率的计算方法,粒状还原剂比电阻，Ωm；r焦粒的平均粒径，cm；a,b随不同品种焦炭而异的常数。,{福建三明化工厂.电石生产炉料电阻测定初步总结.化工技术资料，煤化学专业分册，1965（1）1216},25,入炉焦炭平均粒度与电耗的关系,26,,粒状焦炭导电性质的研究,焦炭,焦炭,焦炭,焦炭,焦炭,焦炭,焦炭,焦炭,焦炭,27,粒状焦炭电阻测量装置示意图,料筒截面积86.6cm2料筒高度50cm数字万用表型号DT9203A数字万用表测量范围0～20kΩ数字万用表精度0.01Ω,28,粒状混合焦炭电阻率的组成及表达式,,29,式中焦粒的当量直径，mm；层堆粒状焦炭承受的负荷，MPa；,,与焦粒几何形状有关的经验常数。,两种均一粒度焦炭混合后的电阻率,,,30,两种非均一粒度焦炭混合后体积混合比例对电阻变化的影响,,,31,实验数据回归结果,32,碳质还原剂的反应活性,碳质还原的CO2反应性CO2（g）C焦2CO（g）,G反应前的焦炭质量G1反应后的焦炭质量,33,碳质还原剂的反应活性,碳质还原剂的SiO反应性挪威、埃肯SiOg2CSiCCOg,G反应前的焦炭质量G1反应后的“焦炭”质量,SiO气体发生器2SiO2sSiCs3SiOgCOg,34,“化学配碳”和“物理配碳”,化学配碳完成电热冶金反应所需要的还原剂碳的配入量MOCMCO（化学计量）物理配碳矿热炉炉料的结构设计矿石和碳粒度搭配对炉料导电性和透气性的影响规律。,35,1.金属球；2.玻璃球,未熔化层炉料导电行为的研究逾渗理论的应用,36,式中混合物的电导率导电相的电导率混合物中导电相体积百分数混合物电流导通时的临界体积百分数，常数,,未熔化层炉料导电行为的研究逾渗理论的应用,37,炉料导电性冷态模拟实验示意图,1.电极；2.炉料；3.电导池容器,38,炉料导电行为的冷态模拟实验结果,混合炉料导电特性的表示方法,39,矿热炉炉料导电行为数学模拟结果（计算机界面）,40,谢谢,41,