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还原法制取海绵铁

来源:本站原创 2017-06-06 14:04:19 铁粉技术 352 ℃ 0 评论

碳还原轧钢铁鳞制取海绵铁基本原理

       用固体碳可以还原很多金属氧化物,在粉末冶金中碳还原法可以还原氧化铁制到还原铁粉;也可以还原氧化锰制取锰粉;还可以还原氧化铜,氧化镍制取铜粉、镍粉;但因所得的铜粉和镍粉容易被碳污染,故一般不用碳还原。在某些对碳含量要求不严格时也可以用碳还原三氧化钨来制取钨粉。在工业规模大量采用的还是用碳还原法生产还原铁粉。

碳还原氧化物的基本原理

       铁氧化物的还原过程是分阶段进行,即从高价氧化铁到低价氧化铁,最后转变成为金属:Fe2O3Fe3O4 FeO Fe。固体碳还原铁氧化物的过程通常称为直接还原,当体系内有固体碳存在时,还原过程中将存在下列各反应的平衡:

       

           MeO + CO = Me + CO2
           CO2 + C  = 2CO
           MeO + C  = Me + CO
           2MeO + C = 2Me + CO2


      如果反应在950℃-1000℃以上的高温内进行,则最后一个反应没有实际意义,因为CO2在高温下会与固体碳作用而全部变成CO。我们先讨论CO还原氧化物自然的间接还原的规律。


       当温度高于570℃时,分三阶段进行还原:Fe2O3 Fe3O4 浮斯体(FeO Fe3O4固溶体)Fe。


          3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 4 + CO2
          Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
          FeO    + CO = Fe + CO      


       当温度低于570℃时,由于氧化亚铁不能稳定的存在,因此,Fe3O4 直接还原成为金属单质铁:    Fe2O3      Fe3O   Fe


Fe2O3的还原:

      由于Fe2O3具有很大的离解压,在反应达到平衡时,气相组中CO%很低;即使温度上升到1500℃,CO含量仍然小的难以被测定。Fe2O3被CO还原时,平衡气体中CO含量非常小,CO2几乎达到100%,这说明Fe2O3很容易还原,也就是说CO2不易使Fe3O4氧化。由于是放热反应,温度升高,平衡气中CO含量增高。

Fe3O4的还原:

      Fe3O4 被CO还原成FeO的反应是吸热反应,随着温度升高CO含量减速小,这说明升高温度对Fe3O4 还原成FeO有利,也就是温度越高,Fe3O4 还原成FeO所需要的CO越小。
       当温度低于570℃时,由于FeO极不稳定,故Fe3O4 被CO直接还原得金属铁。反应是放热反应,平衡所相组成中的CO%随温度升高而增大,由于些反应在较低温度下进行,反应不易达到平衡。平衡所相组成中的CO2达到47~49%。

FeO的还原

      该反应是放热反应,也就是说,温度越高,还原所需的CO%越大,升高温度对FeO的还原是不利的。不过温度升高,CO%的变化并不很大。

结论:

        固体碳也能直接还原铁氧化物,但固体与固体的接触面很有限,因而固-固反应速度慢,只要还原反应器内过剩固体碳存在,则碳 的气化反应总是存在。铁氧化物的直接还原,可认为是间接还原反应与碳的气化反应的加和反应。这就是固体碳还原铁氧化物的还原过程实质。  






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