規律如下:(1)還原順序。不論用何種還原劑,鐵氧化物還原是由髙級氧化物向低級氧化物到金屬逐級進行的,順序是:
鐵還原氧化物順序
在低于570℃時,Fe3O4還原得到Fe,而不是570℃以上那樣是FeO,是因為FeO在570℃是不能穩定存在的,它會分解為Fe3O4和Fe。
(2) 用氣體還原劑CO、H2還原時:
1) Fe2O3是不可逆反應:
三氧化二鐵不可逆反應
2) Fe3O4和FeO是可逆反應:
四氧化三鐵和氧化鐵可逆反應
為保證反應向右進行達到高爐冶煉的目的,用過量的還原劑來保證:
還原劑還原
式中,n稱為過剩系數,其值隨溫度而變,可由該溫度下可逆反應達到平衡狀態時的煤氣成分或平衡常數確定:
通過實驗室測定和熱力學計算得到上述諸反應的平衡氣相成分列于表3-1。而根據這些數據作成的圖示表3-1鐵氧化物還原反應的平衡氣相成分
鐵氧化物還原反應的平衡氣相成分
根據表3-1或圖3-1上的平衡氣相成分可以算出任何溫度下的n值,例如在1000℃FeO還原到Fe時平衡氣相成分中CO2值為28.4%(體積分數),則
3) 上述諸還原反應中,只有反應3-5是放熱反應,其余都是吸熱反應。在圖3-1上反應3-5隨溫度升高曲線走向上方,而其余各反應的曲線則往下方。這樣,隨著溫度的升高反應3-5的n值越來越大,而其余反應的n值則越來越小。兩組還原平衡曲線(通常稱它們為Fe-O-C系和Fe-O-H系氣相平衡曲線)相交在 810℃。它告訴人們:在810℃時CO和H2奪氧能力相等,高于810℃時H2的奪氧能力大于CO,而低于810℃時則相反。
不同溫度下一氧化碳還原氧化物氣相平衡圖
圖3-1 不同溫度下CO、H2還原氧化物氣相平衡圖
(3)用固體還原劑C時
上述諸反應均為不可逆反應,而且都是吸熱反應,所以都在高溫下進行。
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