冶金原理(9.1)--还原过程
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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。
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。