冶金原理(9.1)--还原过程
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金属冶炼中的氧化与还原反应
05 金属冶炼中的环 境保护
冶炼过程中的污染物排放
排放物种类
金属冶炼过程中会产生多种污染 物，如废气、废水、废渣等。
排放标准
为保护环境，各国政府制定了严格 的污染物排放标准，限制金属冶炼 过程中污染物的排放。
减排措施
企业应采取有效措施，降低污染物 排放量，如改进工艺、使用环保设 备等。
冶炼过程中的废弃物处理
碳作为还原剂
碳是一种常见的还原剂， 能够与金属氧化物反应生 成金属单质和二氧化碳。
氢气作为还原剂
氢气在高温下能够还原金 属氧化物生成金属单质和 水蒸气。
铝作为还原剂
铝是一种活泼的金属，能 够还原其他金属氧化物生 成相应的金属单质。
金属的还原过程
氧化物与还原剂反应
金属氧化物与还原剂在高温下发生化 学反应，生成金属单质和相应的气体 或化合物。
金属冶炼中的氧化与还原反 应
汇报人：可编辑 2024-01-06
contents
目录
• 氧化与还原反应的基本概念 • 金属冶炼中的氧化反应 • 金属冶炼中的还原反应 • 金属冶炼中的氧化与还原反应实例 • 金属冶炼中的环境保护
01 氧化与还原反应 的基着化合价升高的过程。
废弃物分类
金属冶炼过程中产生的废弃物可 分为有价金属废弃物和无价金属
废弃物。
废弃物处理方法
对于有价金属废弃物，可以采用 回收、提取等方法进行处理；对 于无价金属废弃物，则需要进行
无害化处理。
资源化利用
通过合理利用废弃物资源，可以 实现资源循环利用，降低生产成
本。
冶炼过程中的节能减排
节能技术
采用先进的节能技术，如余热回收、能量梯级利 用等，可以提高能源利用效率，降低能耗。
金属冶炼中的还原与氧化反应
金属冶炼中的还原与氧化 反应
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 金属冶炼概述 • 还原反应在金属冶炼中的应用 • 氧化反应在金属冶炼中的应用 • 金属冶炼中的还原与氧化反应的平衡 • 金属冶炼中的安全与环保
01
金属冶炼概述
金属冶炼的定义和目的
定义
金属冶炼是指通过化学或物理方法将 矿石或金属废料中的金属提取出来的 过程。
感谢您的观看
THANKS
境的负担。
污水处理
03
对产生的废水进行处理，确保达标排放，防止对水体造成污染
。
金属冶炼中的安全与环保实例
某钢铁企业采用先进的冶炼工艺和设备，通过严格的安全操作规程和环保措施，实现了安全生产和环境保护的 双重目标。
该企业建立了完善的安全管理体系和环保监测系统，确保了生产过程中的安全与环保。同时，该企业还积极开 展废弃物回收利用和污水处理工作，实现了资源循环利用和环境保护的双赢。
金属冶炼中还原与氧化反应的平衡实例
பைடு நூலகம்炼铁
在炼铁过程中，铁矿石中的铁元素被还原为金属铁，同时产生的二氧化碳被氧 化为碳酸盐。
炼铜
在炼铜过程中，硫化铜矿中的铜元素被还原为金属铜，同时产生的二氧化硫被 氧化为硫酸。
05
金属冶炼中的安全与环保
金属冶炼中的安全操作规程
严格遵守操作规程
金属冶炼过程中，应遵循安全操作规程，确保生产安全。
铁矿石（主要为铁的氧化 物）在高温下与碳或一氧 化碳反应，生成液态生铁 。
铜的冶炼
铜矿石（主要为铜的硫化 物）在高温下与碳或一氧 化碳反应，生成铜和硫化 氢气体。
铝的冶炼
铝土矿（主要为铝的氧化 物）在高温下与碳或一氧 化碳反应，生成液态铝和 二氧化碳气体。
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 金属冶炼概述 • 还原反应在金属冶炼中的应用 • 氧化反应在金属冶炼中的应用 • 金属冶炼中的还原与氧化反应的平衡 • 金属冶炼中的安全与环保
01
金属冶炼概述
金属冶炼的定义和目的
定义
金属冶炼是指通过化学或物理方法将 矿石或金属废料中的金属提取出来的 过程。
感谢您的观看
THANKS
境的负担。
污水处理
03
对产生的废水进行处理，确保达标排放，防止对水体造成污染
。
金属冶炼中的安全与环保实例
某钢铁企业采用先进的冶炼工艺和设备，通过严格的安全操作规程和环保措施，实现了安全生产和环境保护的 双重目标。
该企业建立了完善的安全管理体系和环保监测系统，确保了生产过程中的安全与环保。同时，该企业还积极开 展废弃物回收利用和污水处理工作，实现了资源循环利用和环境保护的双赢。
金属冶炼中还原与氧化反应的平衡实例
பைடு நூலகம்炼铁
在炼铁过程中，铁矿石中的铁元素被还原为金属铁，同时产生的二氧化碳被氧 化为碳酸盐。
炼铜
在炼铜过程中，硫化铜矿中的铜元素被还原为金属铜，同时产生的二氧化硫被 氧化为硫酸。
05
金属冶炼中的安全与环保
金属冶炼中的安全操作规程
严格遵守操作规程
金属冶炼过程中，应遵循安全操作规程，确保生产安全。
铁矿石（主要为铁的氧化 物）在高温下与碳或一氧 化碳反应，生成液态生铁 。
铜的冶炼
铜矿石（主要为铜的硫化 物）在高温下与碳或一氧 化碳反应，生成铜和硫化 氢气体。
铝的冶炼
铝土矿（主要为铝的氧化 物）在高温下与碳或一氧 化碳反应，生成液态铝和 二氧化碳气体。
冶金原理(9.3)--金属氧化物还原动力学
金属氧化物还原动力学一、实验目的和要求用气体还原剂还原金属氧化物，属于气—固多相反应体系。
是一个复杂的物理化学变化过程。
还原热力学公研究反应过程达到平衡时的热力学条件。
而动力学则研究还原反应过程进行的快慢。
即研究影响反应速度大小有关的条件。
其目的在于：查明在冶炼条件下反应速度最慢的步骤（即限制性环节）是什么？以便针对该环李的影响因素，改变冶炼条件，加快反应速度，从而提高生产率。
具体要求如下：1．通过实验说明还原反应的有关机理。
加深课堂讲授内容的理解、巩固和提高。
2．研究还原温度，气体性质及流量，矿石的物理化学性质对还原速度的影响。
3．验证用气体还原剂还原金属氧化物的纯化学反应控制模型和纯扩散控制模型。
4．学习实验数据处理方法及实验操作技术。
分析金属氧化物还原动力学的一般规律。
二、实验原理用气体还原原氧化物是多相反应机理最完整的，如及H2气还原金属氧化物（MeO）的反应式如下：MeO+H2=Me+H2O其反应模型如图9—1所示，在反应物（MeO）外层，生成一层产物层（Me），Me外表存在一边界层，（又称为气膜），最外面为包括反应气体（H2）和生成物气体（H2O）的气流。
反应机理包括以下环节：（1）H2的外扩散；（2）H2的内扩散；（3）结晶化学反应；（4）H2O穿过Me层的内扩散；（5）气体H2O穿过界层的外扩散。
还原反应是由上述各环节完成的。
然而各环节的速度是不相等的，总的速度取决于最慢的一个环节。
即限制环节。
而影响限制性环节的主要因素是：还原温度、矿石孔隙度、矿石粒度、还原气体的性质及流量等。
如果氧化矿结构很致密，还原反应将是自外向内逐渐深入的，存在开头规整的连续反应相界面，对于球形或立方体颗粒而言，这样的反应界面通常是平行于外表面，同时随时间的延续，反应界面将不断向固体内部推进，金属（MeO）内核逐渐缩小。
还原反应遵循结晶化学反应和阻力相似的收缩核模型。
因为H2气需通过生成物层扩散。
以及在MeO、Me 界面上的结晶化学反应。
冶金原理复习题(stu)
第一篇冶金熔体第一章冶金熔体概述1. 什么是冶金熔体？它分为几种类型？2. 何为熔渣？简述熔渣成分的主要来源及冶炼渣和精炼渣的主要作用。
3. 熔锍的主要成分是什么？第二章冶金熔体的相平衡图1. 在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，并说明其变化规律。
X ：A 10% ，B 70% ，C 20% ；Y ：A 10% ，B 20% ，C 70% ；Z ：A 70% ，B 20% ，C 10% ；若将3kg X 熔体与2kg Y 熔体和5kg Z 熔体混合，试求出混合后熔体的组成点。
2. 试分析下图中熔体1 、2 、3 、4 、5 、6 的冷却结晶路线。
第三章冶金熔体的结构1. 熔体远程结构无序的实质是什么？2. 试比较液态金属与固态金属以及液态金属与熔盐结构的异同点。
3. 简述熔渣结构的聚合物理论。
其核心内容是什么？第四章冶金熔体的物理性质1. 试用离子理论观点说明熔渣的温度及碱度对熔渣的粘度、表面张力、氧化能力及组元活度的影响。
2. 什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？3. 实验发现，某炼铅厂的鼓风炉炉渣中存在大量细颗粒铅珠，造成铅的损失。
你认为这是什么原因引起的？应采取何种措施降低铅的损失？第五章冶金熔体的化学性质与热力学性质1. 某工厂炉渣的组成为：44.5% SiO 2 ，13.8%CaO ，36.8%FeO ，4.9%MgO 。
试计算该炉渣的碱度和酸度。
原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 652. 什么是熔渣的碱度和酸度？3. 熔渣的氧化性主要取决于渣中碱性氧化物的含量，这种说法对吗？为什么？4. 已知某炉渣的组成为（W B / % ）：CaO 20.78 、SiO2 20.50 、FeO 38.86 、Fe2O3 4.98 、MgO10.51 、MnO 2.51 、P2O5 1.67 ，试求该炉渣的碱度。
原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 65 5. 某铅鼓风炉熔炼的炉渣成分为（W B / % ）：CaO 10 、SiO2 36 、FeO 40 、ZnO 8 ，试求该炉渣的酸度。
火法及湿法冶金原理及应用
火法及湿法冶金原理
熔化、溶解
• 火法冶金把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为 液体，通过物理、化学反应，从中分离出粗金属，然后再将粗金 属精炼。（干燥、焙解、焙烧、熔炼，精炼）
• 湿法冶金是用酸、碱、盐类等的水溶液，以物理、化学方法从矿 石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。 （浸出、净化、制备金属等过程）
• 火法：矿石-熔化-分离 • 湿法：矿石-溶解-分离
火法冶金原理
• 冶金熔体——（金属熔体，熔锍，熔渣，熔盐）（火法冶金中的 过程产物）
• 金属熔体，液态的金属或者合金，（高炉中的铁水，火法精炼得 到的粗铜液）
• 熔锍，多种金属硫化物的共熔体（Cu2S，FeS，CoS，PbS等）
• 熔渣，各种氧化物熔合成的熔体，（矿物原料中的主金属以金属 熔体或熔锍形态产出，其中的脉石成分及伴生的杂志金属则与熔 剂一起熔合成一种主要成分为氧化物的熔体，及熔渣。熔渣是一 种非常复杂的多组分体系，含有CaO，FeO，MnO，MgO，Al2O3， SiO2，Fe2O3等氧化物，少量氟化物，氯化物，硫化物）
• 熔盐，盐的熔融态液体。常见的熔盐体系由碱金属或碱土金属组 成的卤化物、碳酸盐、硝酸盐或者磷酸盐组成。熔盐不含水，具 有许多与水溶液不同的性质，如，热稳定性高，蒸气压低，黏度 低，导电性好，离子迁移和扩散速度较快，热容量高等
在冶金领域，以熔盐为介质的熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、 锂等轻金属和稀土金属的电解提取或精炼。 这些金属由于都属于 负电性金属，不能从水溶液中电解沉积出来，熔盐电解成为唯一的 或占主导地位的方法。
pH373
6.79
6.78
5.58
—
3.16 4.35
◆ 当Me2+的活度为1时，要求pH<pH；
熔化、溶解
• 火法冶金把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为 液体，通过物理、化学反应，从中分离出粗金属，然后再将粗金 属精炼。（干燥、焙解、焙烧、熔炼，精炼）
• 湿法冶金是用酸、碱、盐类等的水溶液，以物理、化学方法从矿 石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。 （浸出、净化、制备金属等过程）
• 火法：矿石-熔化-分离 • 湿法：矿石-溶解-分离
火法冶金原理
• 冶金熔体——（金属熔体，熔锍，熔渣，熔盐）（火法冶金中的 过程产物）
• 金属熔体，液态的金属或者合金，（高炉中的铁水，火法精炼得 到的粗铜液）
• 熔锍，多种金属硫化物的共熔体（Cu2S，FeS，CoS，PbS等）
• 熔渣，各种氧化物熔合成的熔体，（矿物原料中的主金属以金属 熔体或熔锍形态产出，其中的脉石成分及伴生的杂志金属则与熔 剂一起熔合成一种主要成分为氧化物的熔体，及熔渣。熔渣是一 种非常复杂的多组分体系，含有CaO，FeO，MnO，MgO，Al2O3， SiO2，Fe2O3等氧化物，少量氟化物，氯化物，硫化物）
• 熔盐，盐的熔融态液体。常见的熔盐体系由碱金属或碱土金属组 成的卤化物、碳酸盐、硝酸盐或者磷酸盐组成。熔盐不含水，具 有许多与水溶液不同的性质，如，热稳定性高，蒸气压低，黏度 低，导电性好，离子迁移和扩散速度较快，热容量高等
在冶金领域，以熔盐为介质的熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、 锂等轻金属和稀土金属的电解提取或精炼。 这些金属由于都属于 负电性金属，不能从水溶液中电解沉积出来，熔盐电解成为唯一的 或占主导地位的方法。
pH373
6.79
6.78
5.58
—
3.16 4.35
◆ 当Me2+的活度为1时，要求pH<pH；
有色冶金原理第三章-氧化物的还原
△rGθ = (△Gθ(XA) - △Gθ(MeA)) < 0 △Gθ(XA) < △Gθ(MeA)
5
→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)
6
2、在非标准状态下还原反应进行的热力学条件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2CO(g) + O2(g) = CO2(g)
△rGθ(3-3) = -564840 + 173.64T J·mol-1
△rHθ298(3-2) = -565400
J·mol-1
(反应3-3) (式3-3)
15
（3）碳的完全燃烧反应
C(s) + O2(g) = CO2(g)
△rGθ(3-4) = -394133 - 0.84T J·mol-1
△rHθ298(3-8) = 90031
J·mol-1
（式3-9）
H2O+C = H2+CO △rGθ(3-9) = 140248 - 146.36T
△rHθ298(3-9) = 13153
J·mol-1 J·mol-1
（反应3-9） （式3-10）
34
四、燃烧反应气相平衡成分计算
多组份同时平衡气相成分计算的一般途径 平衡组分的分压之和等于总压，即ΣPi=P总。 根据同时平衡原理，各组分都处于平衡状态。
500 -445241 46.50
1000 -386561 20.189
1500 -327881 11.41
2000 -26920 7.02
29
在通常的冶炼温度范围内，氢的燃烧反应进行得十分完全， 平衡时氧的分压可忽略不计。
5
→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)
6
2、在非标准状态下还原反应进行的热力学条件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2CO(g) + O2(g) = CO2(g)
△rGθ(3-3) = -564840 + 173.64T J·mol-1
△rHθ298(3-2) = -565400
J·mol-1
(反应3-3) (式3-3)
15
（3）碳的完全燃烧反应
C(s) + O2(g) = CO2(g)
△rGθ(3-4) = -394133 - 0.84T J·mol-1
△rHθ298(3-8) = 90031
J·mol-1
（式3-9）
H2O+C = H2+CO △rGθ(3-9) = 140248 - 146.36T
△rHθ298(3-9) = 13153
J·mol-1 J·mol-1
（反应3-9） （式3-10）
34
四、燃烧反应气相平衡成分计算
多组份同时平衡气相成分计算的一般途径 平衡组分的分压之和等于总压，即ΣPi=P总。 根据同时平衡原理，各组分都处于平衡状态。
500 -445241 46.50
1000 -386561 20.189
1500 -327881 11.41
2000 -26920 7.02
29
在通常的冶炼温度范围内，氢的燃烧反应进行得十分完全， 平衡时氧的分压可忽略不计。
金属冶炼的原理与过程
将精炼后的金属铸锭或轧制成所需规 格和形状的金属材料。
精炼
对粗金属进行进一步的提纯和精炼， 以获得高纯度的金属。
2023
PART 04
金属冶炼的环保与安全
REPORTING
废气处理与排放
废气处理
金属冶炼过程中产生的废气需要进行 处理，以减少对环境的污染。常见的 废气处理方法包括燃烧法、吸收法、 吸附法和生物法等。
04
适用于多种金属的冶炼，如铁、 铜、镍等。
优缺点
火法冶炼具有工艺成熟、生产效 率高、成本较低等优点，但同时 也存在能耗高、对环境影响较大 等缺点。
湿法冶炼
总结词
利用化学反应在溶液中提取金属的过程。
详细描述
湿法冶炼是利用合适的化学试剂与矿石反应，将金属元素从矿石中溶解到溶液 中，再通过沉淀、结晶、电解等方法将金属从溶液中提取出来。该方法适用于 处理低品位矿石，且对环境影响较小。
熔炼
将原料加热至高温，使其 熔化为液态，同时进行必 要的氧化或还原反应。
还原
在熔炼过程中，通过加入 还原剂将金属氧化物还原 为金属单质。
杂质去除
在熔炼过程中，通过加入 造渣剂等除去金属中的杂 质，提高纯度。
金属的提取与精炼
粗金属的提取
铸锭与轧制
在熔炼过程中，通过适当的方法将金 属从熔融态中提取出来。
VS
废水排放
经过处理的废水需要经过严格的监测和评 估，确保其符合国家和地区的排放标准。 对于超标的废水，需要采取措施进行进一 步处理或限制排放。
废渣处理与利用
废渣处理
金属冶炼过程中产生的废渣需要进行处理， 以减少对环境的污染。常见的废渣处理方法 包括固化法、焚烧法和生物法等。
废渣利用
金属冶炼中的氧化物矿石还原
典型案例介绍
钢铁行业
某钢铁企业采用氧化物矿石还原技术，成功将铁矿石中的氧化铁还原成铁，提高了铁的回收率，降低了生产成本 。
有色金属行业
某有色金属企业利用氧化物矿石还原技术处理铜矿石，成功将铜氧化物还原成金属铜，提高了铜的回收率，降低 了能耗。
应用效果与评价
效果
氧化物矿石还原技术在金属冶炼中取得了显著的应用效果，提高了金属回收率和生产效率，降低了能 耗和环境污染。
焦炭还原
焦炭与氧化物矿石在高温下发生化学反应，通过夺取氧原 子将氧化物还原成金属。反应过程中需要控制温度和气氛 。
还原过程中的影响因素
温度
温度是影响还原过程的重要因素，高温有利于还 原反应的进行。不同还原剂所需的反应温度不同 ，需要根据实际情况选择合适的温度范围。
气氛
气氛对还原过程的影响主要体现在固体碳还原过 程中。控制气氛的组成可以调节一氧化碳和二氧 化碳的比例，从而影响还原反应的进行。
评价
该技术在实际应用中得到了广泛认可和好评，被认为是金属冶炼领域的一项重要技术进步。未来，随 着环保要求的提高和技术的不断进步，该技术的应用前景将更加广阔。
06
未来研究方向与展望
当前研究的不足与挑战
技术瓶颈
当前氧化物矿石还原技术仍存在一些技术瓶颈，如反应速率慢、 能耗高、金属回收率不高等问题。
环保要求提高
工艺技术比较与选择
适用性
不同还原工艺适用于不同品位、不同性质的矿石。在选择工艺时，应根据矿石的实际情况 进行比较和选择。
能耗与成本
不同工艺的能耗、成本存在差异。在满足技术要求的前提下，应综合考虑能耗、成本等因 素，选择经济性较好的工艺。
环保与安全
金属冶炼过程中产生的废气、废水、废渣等对环境造成一定影响。在选择工艺时，应考虑 其对环境的影响，并采取相应的环保措施。同时，工艺的安全性也是需要考虑的重要因素 。
镁冶金热还原法的原理与过程45页PPT
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
镁冶金热还原法的原理与过程
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
金属冶炼中的氧化物还原和还原物氧化技术
金属冶炼环境保护的措施和方法
废气治理
01
采用高效除尘器、脱硫脱硝技术等手段减少废气排放，同时对
排放的废气进行回收利用，降低对环境的污染。
废水处理
02
采用物理、化学、生物等方法对废水进行处理，去除其中的有
害物质，使废水达到排放标准或循环利用标准。
固体废弃物处理
03
对固体废弃物进行分类处理，可回收利用的部分进行回收，不
金属冶炼技术的发展历程
古代金属冶炼
古代人类在生产实践中不断探索 金属冶炼技术，如铜、铁等金属 的冶炼方法逐渐得到改进和发展
。
近代金属冶炼
随着工业革命的兴起，金属冶炼技 术得到了进一步发展，新的冶炼方 法和设备不断涌现，提高了金属的 产量和纯度。
现代金属冶炼
在现代工业中，金属冶炼技术不断 创新和完善，采用先进的工艺和设 备，实现高效、低耗、环保的生产 。
02 氧化物还原技术
氧化物还原的定义和原理
氧化物还原的定义
氧化物还原是指在金属冶炼过程中，通过化学反应将金属氧化物中的氧元素还 原成气态或液态，从而得到金属单质的过程。
氧化物还原的原理
氧化物还原的原理是利用还原剂将金属氧化物中的氧原子还原成气态或液态， 同时生成相应的金属单质。常见的还原剂包括碳、氢、一氧化碳等。
可回收利用的部分进行安全处置，避免对环境造成污染。
金属冶炼的可持续发展策略
清洁生产
采用先进的生产工艺和设备，提高资源利用效率 ，减少污染物排放，实现清洁生产。
循环经济
推动金属冶炼与循环经济的融合，实现资源循环 利用，降低能耗和资源消耗。
科技创新
加强科技创新，研发更高效、更环保的金属冶炼 技术和设备，推动金属冶炼行业的可持续发展。
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◇ 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。 ◆ 在较大
PH2 /PH2O 的下， H2 可将 WO3 、 MoO3 、 FeO 等还原成金属。
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。
◆ 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
反应 (9-1) 的பைடு நூலகம்布斯自由能变化为： rG(91) rG(91) RT ln J
r G(9 1)
RT
ln
aXA aX
aMe aMeA
（式
9-1
）
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；
三、还原反应进行的热力学条件
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 ）
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
● 反应 9-3 、 9-4 、 9-5 在通常的冶炼温度范围内，反 应的 K 值都很大，反应进行得十分完全，平衡时 分压可忽略不计。 如 1000K 时，其 lgK 值分别 为： 20. 43 、 20. 63 和 20. 82 。
● 布多尔反应为吸热反应，其他三个反应均为放热反应
CO 及 C 的燃烧反应将为系统带来大的热效应。
◆ 在适当 4 、金属还原剂
PH的2 /P下H，2O 氢可还原钨、钼、铌、钽等的氯化物。
◆ 铝、钙、镁等活性金属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
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……
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——
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。
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)
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。
◇ 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。
◇
FeO 、 ZnO 、 准状态下，在
Cr O 、 2f
G3* ( MeO
)
MTnO 、 线与
SiOf G2 (*等CO)线氧 T交化点物温在度标
以上可被碳还原。
◇ 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。
◆ 当 MeA 、 X 、 XA 、 Me 为气态时，则其分压为 P 。
◆ 反应 9-r1G进 行 的12 热(力f G学(*X条A)件为：f G(*MeA) ) 0
f
G* ( XA )
f
G* ( MeA )
f
G* ( XA )
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。