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武科大冶金概论-PPT课件

武科大冶金概论-PPT课件

02 冶金原料与预处理
原料种类及特点
矿石
包括铁矿石、锰矿石、铬 矿石等，是冶金工业的主 要原料，具有不同的成分 和物理性质。
废钢
是钢铁冶金的重要原料之 一，具有来源广泛、成本 低廉、节能环保等优点。
合金料
如硅铁、锰铁、铬铁等， 用于调整钢液成分，提高 钢材性能。
原料预处理方法
选矿
通过物理或化学方法将矿石中有用矿 物与脉石矿物分离，提高原料品位。
中国环境保护政策发展
中国政府高度重视环境保护工作，制定了一系列法律法规和政策文 件，推动环境保护事业不断向前发展。
钢铁行业环保政策要求
钢铁行业作为高污染、高能耗行业之一，面临着更加严格的环保政 策要求，包括排放标准、能源消耗限额等方面的规定。
资源循环利用途径探讨
钢铁企业资源循环利用现状
钢铁企业在资源循环利用方面已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题，如资源利用效 率不高、废弃物排放量大等。
包括铁矿石、焦炭、石灰石等原料的 选矿、破碎、配料和混合等预处理环 节。
高炉冶炼
在高炉内通过还原反应将铁矿石中的 铁元素还原出来，同时生成炉渣和煤 气。
炼钢
将生铁和废钢作为原料，通过氧化反 应去除杂质，调整钢的成分和温度， 最终得到符合要求的钢水。
连铸
将钢水连续注入水冷结晶器中，使钢 水凝固成坯，再经过切割、矫直等工 序得到成品钢材。
发展趋势和前景展望
冶炼技术不断创新
随着科技的发展，有色金属冶炼技术也在不断创新，如连 续冶炼、自动化控制等技术的应用，提高了冶炼效率和产 品质量。
资源综合利用水平提高
为了提高资源利用率和降低生产成本，有色金属冶炼过程 中越来越注重资源的综合利用，如从冶炼废渣中回收有用 金属等。

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2.2 熔渣的相平衡图
2.2 熔渣的相平衡图
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图 一、CaO-SiO2二元系 二、Al2O3-SiO2二元系 三、CaO-Al2O3二元系 四、FeO-SiO2二元系 五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系
2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图 2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图
转熔线：1条（1475°C） 偏晶线：l条（1700°C） 固相分解线：2条（1250°C，1900°C） 晶型转变线：6条（1470°C，1420°C，
1210°C，870°C，725°C，575°C）
8
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡
图
体系特点（续）
图222 ④
各种钙硅酸盐的熔化温度都很高
C2S比较稳定，熔化时只部分分解； CS在熔化时则几乎完全分解。
一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑
程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。
若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化 合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解；
若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔 融时会部分分解；
12
三2、.C2a.O1-Al2重O3 二要元的系 二元熔渣系相平衡 图 体系特点
3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系
12CaO·7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO·3 Al2O3（C5A3） CaO·Al2O3（CA） CaO·2Al2O3（CA2）
2个不一致熔融化合物
3CaO·Al2O3（C3A） CaO·6Al2O3（CA6）
FeO·SiO2（FS）仅存在于熔体中，不会在熔 度图中出现。

有色金属冶金原理 火法冶金部分

有色金属冶金原理 火法冶金部分

炉渣酸碱度的表示：常用硅酸度和碱度来表示。 硅酸度=酸性氧化物中氧的质量之和/碱性氧化物中氧的 质量之和。 碱度=氧化钙（%质量）/氧化硅（%质量） 例题：
某铅鼓风炉还原炉渣成分为SiO2 36%、 CaO 10%、FeO 40%、 ZnO 8%。 酸性氧化物： SiO2 36 碱性氧化物： CaO 、FeO 、 ZnO 炉渣的硅酸度=
用等熔化温度曲线，可以查已知成分炉 渣的熔化温度。 熔化温度的变化是有规律的。即化合物 熔点最高，并向二元包晶点、共晶点方 向不断降低，再由二元包晶点、共晶点 向三元包晶点、三元共晶点方向降低， 三元共晶点的熔化温度最低。
第四节 熔融炉渣的结构
炉渣的结构与物理化学性能密切相关 目前难于直接测定炉渣的结构，可间接 推测。 存在两种理论：分子理论和离子理论。
第一节 概述
炉渣：熔化后称熔渣，是火法冶金的一 种产物。其组成主要来自矿石、溶剂和 燃料灰分中的造渣成分。主要是氧化物。 炉渣的作用： 主要作用是使矿石和溶剂中的脉石和 燃料中的灰分集中，并在高温下与主要 的冶炼产物金属、锍等分离。
炉渣的作用：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
在炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分离，沉降 分离的完全程度对金属在炉渣中的机械夹杂损失起 着决定性作用。 对鼓风炉这一类竖炉来说，炉内可能达到的最高温 度决定于炉渣的熔化温度。 在金属和合金的熔炼和精炼时，炉渣与金属熔体的 组分相互进行反应，从而可以通过炉渣对杂质的脱 除和浓度加以控制。 在某些情况下，炉渣不是冶炼厂的废弃物，而是中 间产物。 熔渣是一种介质，在其中进行着许多极为重要的冶 金反应。金属在炉渣中的损失主要决定于这些反应 的完全程度。 在用矿热式电炉冶炼时，炉渣以及电极周围的气膜 起着电阻作用，并可用调节电极插入深度的方法来 调节电炉的功率。

有色金属冶金课件

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某锌矿的湿法冶炼技术改造
总结词
通过将原有的火法冶炼技术改造为湿法冶炼技术，有 效提高了锌的回收率和生产效率，降低了生产成本。
详细描述
该锌矿原有的冶炼技术为火法冶炼，但存在一些问题， 如锌的回收率不高、生产效率低下等。为了解决这些 问题，我们对冶炼技术进行了改造，将其变为湿法冶 炼。具体措施包括：采用新型高效的浸出和萃取设备 和技术、优化湿法冶炼工艺参数、采用新型高效的耐 腐蚀材料等。经过改造后，锌的回收率得到了显著提 高，生产效率也得到了较大提升，同时生产成本得到 了有效降低。
铝冶金化学反应：铝冶金主要涉及的 化学反应包括氧化还原反应、沉淀反 应和电化学反应。其中，氧化还原反 应是铝土矿中的氧化铝与碳反应生成 氧化铝和二氧化碳的过程；沉淀反应 是氧化铝与碳酸钠反应生成氢氧化铝 和碳酸钠的过程；电化学反应则是将 铝离子还原为金属铝的过程。
铝冶金物理过程：铝冶金物理过程包 括矿石破碎、磨细、浮选、熔炼、电 解等步骤。其中，矿石破碎是将大块 矿石破碎成小块，便于后续处理；磨 细是将矿石细磨成粉末，提高反应效 率；浮选是将矿石中的有用成分与杂 质分离；熔炼是将矿石中的氧化铝和 碳在高温下反应生成液态的氧化铝； 电解则是将液态的氧化铝在电流的作 用下还原为金属铝。
有色金属冶金课件
• 有色金属冶金概述 • 铜冶金
• 有色金属冶金的挑战与前景 • 有色金属冶金案例分析
目录
PART 01
有色金属冶金概述
定义与分类
定义
有色金属冶金是指通过一系列物理和 化学过程，从矿石或精矿中提取和纯 化有色金属及其化合物的过程。
分类
根据提取的金属种类，有色金属冶金 可分为轻金属冶金、重金属冶金、稀 土金属冶金等。
THANKS

金属材料的冶炼ppt课件

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▪ 粗铅的熔化法是将固体粗 铅缓慢加热，当温度略高 于铅的熔点时，铅便从粗 铅中熔出，铜呈固体上浮 到熔体铅的表面上。分层 后，如前所述采用不同的 物理方法使其分离。
▪ 粗铅熔析除铜所得到的铜 含铅要高于0.06％。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
➢ 主要讲解钢铁冶炼和有色金 属冶炼。
概述
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
第1章
金属材料的制备
冶金工艺
1.1 冶金工艺
金属冶金按其原理可划分为：火法冶金(又称干 法冶金) 、湿法冶金、电冶金三大基本类型。
第1章 金属材料的制备
1.2 钢铁冶金
钢铁冶炼
铸造生铁
铁矿石
炼铁
炼钢
铸锭
轧制
钢材
一 炼铁： 铁矿石（化合态）→铁单质（游离态）
（1）基本反应原理： 3CO+
高温
Fe2O3=====2Fe+3CO2
利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要 是CO)从铁矿石中还原出铁。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
2 . 固-液分离：将浸出液与残渣分离成液相和固相。 3. 溶液净化 ：分离掉杂质，净化和富集溶液。 4. 提取金属或化合物：利用电解、化学置换和加压氢还原
等方发提取金属或化合物。
▪ 在有色金金属、稀有金属及贵金属的冶金中占重要地位。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么

冶金原理课件中南大学

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✓ 如电渣重熔用渣、铸钢用保护渣、钢液炉外精炼用渣 等。
✓ 这些炉渣所起的冶金作用差别很大。
▪ 例如，电渣重熔渣一方面作为发热体，为精炼提供 所需要的热量；另一方面还能脱出金属液中的杂质 、吸收非金属夹杂物。
▪ 保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接 触、防止其二次氧化，减少金属液面的热损失。
五、熔渣的其它作用
作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质
冶炼中生成的金属液滴或锍的液滴最初是分散在熔渣中的，这些分 散的微小液滴的汇集、长大和沉降都是在熔渣中进行的。
在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸 的最高温度。
对于低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加大炉料的熔化量而不 能进一步提高炉子的最高温度。
化 学 组 成 / %(质量)
铝电解的电解质 镁电解的电解质
(电解氯化镁)
镁电解的电解质 (电解光卤石)
锂电解的电解质 铝电解精炼的电解质
(氟氯化物体系)
铝电解精炼的电解质 (纯氟化物体系)
镁熔剂精炼熔剂
Na3AlF6 82~90，AlF3 5~6，Al2O3 3~7，添加剂 (CaF2、MgF2 或 LiF) 3~5 MgCl2 10，CaCl2 30~40，NaCl 50~60，KCl 10~6
▪ 其它的碱金属、碱土金属，钛、铌、钽等高熔点金属以
及某些重金属（如铅）的熔盐电解法生产
▪ 利用熔盐电解法制取合金或化合物
如铝锂合金、铅钙合金、稀土铝合金、WC、TiB2等
熔盐的冶金应用（二）
▪ 某些氧化物料（如TiO2、MgO）的熔盐氯化
◇ 适合处理CaO、MgO含量高的高钛渣或金红石 ◇ 流程短、原料适应性强、设备生产率高、产物杂质含量低。

2024版钢铁冶金PPT课件

2024版钢铁冶金PPT课件
钢铁冶金PPT课件
目 录
• 钢铁冶金概述 • 原料与预处理 • 炼铁工艺及设备 • 炼钢工艺及设备 • 连铸与轧制技术 • 节能环保与资源综合利用 • 自动化与智能化发展趋势 • 总结与展望
01
钢铁冶金概述
钢铁冶金定义与特点
定义
钢铁冶金是一种研究从矿石、废钢 等原料中提取金属铁，并经过精炼、 铸造等工艺制成钢材的工业生产过 程。
THANKS
感谢观看
随着环保意识的提高，未来钢铁冶金 行业将更加注重节能减排，发展绿色 环保冶金技术。
智能化与自动化
借助人工智能、大数据等技术，实现 钢铁冶金过程的智能化与自动化，提 高生产效率和产品质量。
高端产品研发
为满足市场需求，钢铁企业将加大高 端产品的研发力度，如高性能钢材、 特种钢材等。
产业链整合与优化
通过整合上下游资源，优化产业链结 构，降低生产成本，提高市场竞争力。
05
连铸与轧制技术
连铸技术原理及设备组成
技Hale Waihona Puke 原理连铸是将熔融的金属连续不断地浇入 结晶器，凝固成铸坯，然后经过矫直、 切割等工序，最终得到所需尺寸和形 状的铸坯。
设备组成
连铸设备主要包括钢包、中间包、结晶 器、二次冷却装置、拉矫机、切割设备 及铸坯输送设备等。
轧制技术原理及设备组成
技术原理
轧制是利用轧辊的旋转和压缩，使金属坯料通过轧辊间的孔型，产生塑性变形以获 得具有一定形状、尺寸和性能的金属材料的加工方法。
07
自动化与智能化发展趋势
自动化技术在钢铁冶金中应用现状
自动化控制系统
广泛应用于高炉、转炉、连铸等 生产流程，实现精确控制和优化。
传感器与执行器
用于实时监测和调整生产过程中 的温度、压力、流量等参数。

钢铁冶金PPT课件

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• 2） C＋FeO － Fe＋ CO的反应是在高 温进行的
• 3）下面的元素能还原上面的元素（炼 钢） 还原FeO的能力：由低到高Mn ， Si ，Al
高炉炼铁
原料 － 铁矿石(氧化物)；熔剂(CaCO3) 、燃料(焦炭) 铁矿石含铁量：30－70％， 其它是脉石（SiO2；Al2O3；CaO，MgO） 杂质：有害－S（FeS），P(Ca3(PO4)2)，Zn, Pb 有利－ Mn，Ni，Cr，V
FeO ＋ O2 → FeO 低温Fe被氧化，所 以脱氧需要高温
C ＋ O2 → 2CO →温度
P ： FeP+FeO+CaO → (CaO)4 -P2O5+Fe S ： FeS＋CaO——CaS＋FeO
2）脱氧：氧化过程出现的FeO 方法： － 沉淀脱氧：直接将锰、硅、铝等脱氧剂加入到钢液中。生成的MnO，SiO2
1.铸锭凝固－三晶带，浪费 2.一般连续铸造 3.钢锭的液芯轧制 4.板材连铸连轧技术
冷却器
各自特点：温度场和组织结构的区别
连续铸造
图9-6 旋转式连铸机
1-天车运送钢包，2-钢包， 3-旋转塞棒，4-浇注管，5结晶器，6-1区，7-导辊1， 8-2区，9-导辊2，10-3区， 11-机架框，12-拉坯机， 13-回转台，14-中间包，15、 16-旋转和拉坯电机，17、 18-剪切装置和飞锯，19-滑 动千斤顶，20-翻倒机，21输出场地，22-小车
图9-4 弧形连铸机结构示意图
1-钢包，2-回转台，3-中间包，4-振动装置，5-弧形半径，6-扇形段，7拉矫机，8-浇注平台，9-水平夹辊区，10-引锭杆存放装置，11-切割 机，12-出坯辊道
液态连铸
图9-67 黑兹利特连铸机结晶器剖面示意图 1-高速冷却水嘴，2-钢带支撑辊，3-回水挡板，4-集水器

粉末冶金原理烧结ppt课件

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二、烧结的热力学问题
粉末有自动粘结或成团的倾向 粉末烧结使系统自由能减少的过程 烧结系统自由能降低是烧结过程的原动力。烧结
后系统自由能降低包括下述几个方面： (1)由于颗粒结合面（烧结颈）的增大和颗粒表
面平直化，粉末体的总比表面积和总表面自由能 减小； (2)烧结体内孔隙的总体积和总表面积减小； (3)粉末颗粒内晶格畸变部分消除。
借助于建立物理、几何或化学模型， 进行烧结过程的计算机模拟（蒙特-卡 洛模拟）
粉末烧结过程模拟
多相粉末烧结
液相烧结
三、烧结技术的发展
● 外力的引入（加压同时烧结）： ➢ HP、HIP、超高压烧结（纳米晶材料）等 ➢ 气压烧结
●快速烧结技术
1 电固结工艺 2 快速热等静压(quick-HIP) 3 微波烧结技术 4 激光烧结 5 等离子体烧结 6 电火花烧结
按烧结过程有无液相出现
固相烧结：
单元系固相烧结：单相（纯金属、化合物、固溶体）粉末 的烧结：烧结过程无化学反应、无新相形成、无物质聚集 状态的改变。 多元系固相烧结：
两种或两种以上组元粉末的烧结过程，包括反应烧结等。
无限固溶系：Cu-Ni、Cu-Au、Ag-Au等 有限固溶系：Fe-C、Fe-Ni、Fe-Cu、W-Ni等 互不固溶系：Ag-W、Cu-W、Cu-C等
烧结颈长大
3.封闭孔隙球化和缩小阶段 当烧结体密度达到90%以后， 多数孔隙被完全分隔，闭
孔数量大的增加，孔隙形状趋近球形并不断缩小。在这个 阶段，整个烧结体仍可缓慢收缩，但主要是靠小孔的消失 和孔隙数量的减少来实现。这一阶段可以延续很长时间， 但是仍残留少量的隔离小孔隙不能消除。也就是一般不能 达到完全致密。
对烧结定义的理解-1：
● 粉末也可以烧结（不一定要成形） 松装烧结，制造过滤材料（不锈钢，青铜，黄铜，钛等）
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第二节 氯化反应的热力学
一、金属与氯的反应 氯的化学活性很强，所以绝大多数金属很易被氯 气氯化生成金属氯化物。所有金属氯化物的生成自由 能，在一般冶金温度下均为负值，且它们的△G—T 关系多数已经测出，在某些手册，专著中可以方便地 查得。 金属氯化物的—T关系也可用图示表达。为了便 于比较，将它们都换算成与一摩尔氯气反应的标准生 成吉布斯自由能变化。图5-1列出了它们的△G—T关 系。
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所谓氯化冶金就是将矿石（或冶金半成品）与 氯化剂混合，在一定条件下发生化学反应，使金属 转变为氯化物再进一步将金属提取出来的方法。
氯化冶金主要包括氯化过程，氯化物的分离过 程，从纯氯化物中提取金属等三个基本过程。在自 然界中金属主要以氯化物、硫化物、硅酸盐、硫酸 盐等形式存在，因此从原料中制取金属氯化物的氯 化过程，显然是氯化冶金最基本和最重要的过程。
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MeO +Cl2 === MeCl2 +O2 C + O2 === CO2 C +1/2O2 === CO2 由（4）×2 +得 （5）
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Mg+Cl2=MgCl2 -）1/2Ti+Cl2=1/2TiCl4
Mg
1 2 TiCi2
MgCl2
1 Ti 2
D G3q
DGMq gCl2
1 2
DGTqiCl 4
DG q MgCl2 DGq TiCl4
DG3q （3）
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由图5-1可见,MgCl2的生成吉布斯自由能曲线在 下面，显然1/2TiCl4的生成吉布斯自由能曲线在上面，
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金属氧化物与氯气反应的—T关系已有人 测出，列于图5-2，图5-3中。从图中可见： SiO2、TiO2 、Al2O3、Fe2O3、MgO在标准状 态下不能被氯气氯化。而许多金属的氧化物如 PbO、Cu2O、CdO、NiO、ZnO、CoO、BiO 可以被氯气氯化。
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图5-1与氧化物的标准生成吉布斯自由 能的图类似，曲线位置的高低表示了金属与 氯反应时亲和力的大小。金属氯化物生成吉 布斯自由能曲线在图中的位置越低，表示该 金属氯化物的生成吉布斯自由能越负，它就 越稳定而难于分解。而且，曲线位置处于下 面的金属可以将曲线位置较上面的金属氯化 物中的金属置换出来。例如在1273K温度下：
氯化过程的基本方法在有色冶金中的应用，可 分成下列几类：
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(1)氯化焙烧。这个方法在有色冶金中 得到广泛的应用，如在稀有金属冶金中用氯 化焙烧TiO2以制取TiCl4，然后经精馏提纯用 镁或钠热还原得到金属钛；在轻金属冶金中， 用氯气（Cl2）氯化菱镁矿制取无水MgCl2， 然后用熔盐电解法提取金属镁；在重金属冶 金中，如综合回收黄铁矿烧渣中各种有色金 属、锡矿中锡的氯化，贫镍矿石中镍的提取 等。
显为然负值，即反D应G比（q M3g）Cl2可更以12 D负向GTqi，右Cl4 因进此行，Mg可以DG把(q3)
TiCl4 中的Ti 置换出来。工业中生产金属钛正是利 用了这种方法。当遇到需要将氯化物中的金属还原 出来的时候，就可用类似的方法来选择还原剂。如 从图中可直观地看出，用Na或Mg可以将ZrCl4中的 锆还原出来。
从上式可见，金属氧化物与氯气反应能力的大小 由与之差决定。硅、铝、钛、镁等元素虽与氧化合的 能力很强，但它们与氧化合的能力更强，其是一个很 大的负值，在1073K时的值在－669440~－1004160J 之间，而相应的在1073K时为－209200~－460240J， 相在标减准之状后态为下一不正能值被，氯因气此所SiO氯2化、。TiO2 、Al2O3、MgO
(2)离析法（难选氧化铜矿石的离析反 应）。
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（3)粗金属熔体氯化精炼。如铅中的锌和 铝中的钠和钙都可用通氯气于熔融粗金属中的 方法将其除去。
（4）氯化浸出（包括盐酸浸出、氯盐浸出）。氯 化浸出是指在水溶液介质中进行的一类氯化过程，即 湿法氯化过程。
氯化冶金对于处理复杂多金属矿石或低品位矿石 以及难选矿石。从中综合分离提取各种有用金属是特 别适宜的。故此法在综合利用各种矿物资源方面占有 重要地位。
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二、金属氧化物与氯的反应 在冶金过程中有时要氯化处理的物料，如 低品位贫矿，黄铁矿烧渣，锡渣等，其中的金 属往往是以氧化物的形式存在，因此研究氧化 物的氯化作用更有实际意义。 金属氧化物被氯气氯化的反应通式如下
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MeO +Cl2 === MeCl2 +O2 反应的标准吉布斯自由能变化为：
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第五章 氧化物和硫化物的火法氯化
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上一章
目录
第一节 概述 第二节 氯化反应的热力学 第三节 氯化反应的动力学
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第一节 概 述
金属氧化物与相应金属的其它化合物比较，大都 具有低熔点，高挥发性和易溶于水及其它溶剂中，易 被还原等性质，而且它们生成的难易和性质的差异又 十分明显，所有这些都为氯化法提取和分离金属创造 了条件。早已引起冶金工作者的注意。尽管氯化冶金 法具有许多独特的优越性，但由于氯气对设备的腐蚀 这一致命弱点，使得这种方法的使用和发展受到了限 制。现代化学工业的发展提供了丰富而价廉的氯化剂 （Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等），并且出现了钛、锆 以及某些塑料耐腐蚀新材料、防腐技术的发展促进了 氯化冶金的推广和发展。
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三、金属氧化物的加碳氯化反应
某些金属氧化物氯化反应的热力学数据 表明，下列反应的平衡常数小Байду номын сангаас1，或者最 多接近于1：
MeO +Cl2 === MeCl2 +O2
1
KP =
a ?R MeCl2
2O2
aMeO ?RCl2
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这样，若直接使用氯化反应，则氯的利用 率很低。但在有还原剂存在时，由于还原剂能 降低氧气（O2）的分压，但不与氯发生明显反 应，因此氯的利用能显著地提高，并且能使本 来不能进行的氯化反应变为可行。碳作为还原 剂是很有效的，有碳存在时，进行氯化反应的 氧化物将发生如下反应：