还原熔炼发表评论(0)编辑词条

　　还原熔炼(reduction smelting)

　　金属氧化物料在高温熔炼炉中的还原气氛下，被还原得熔体金属的熔炼方法。其中的高价铁氧化物(Fe2O3、Fe3O4)被还原为低价氧化物(FeO)，并与炉料中的SiO2、CaO等组分发生造渣反应，生成炉渣。

 　　一般还原熔炼所用的还原剂为碳质还原剂，如煤、焦炭。碳质还原剂在高温条件下会与炉料中的金属氧化物(MeO)发生还原反应：

　　MeO+C=Me+CO(1)反应产生的CO，又会与MeO发生还原反应：MeO+CO=C02+Me(2)由于MeO与碳的反应为固相接触反应，反应受接触面的限制而不能很好进行，CO气体还原剂对金属氧化物的还原便起着主要作用。为此，在还原熔炼过程中必须加入过量的还原剂，以保证反应(2)产生的CO2在高温下被过剩碳还原为CO：C02+C=2CO(3)这样便可以不断地为MeO的还原提供足够的气体还原剂CO。所以MeO还原过程发生的主要反应是反应(2)和(3)，其总反应可写成：2MeO+C=2Me+CO2(4)送去还原熔炼的金属氧化物料，除了含主要金属氧化物(MeO))之外，往往还含有多种次要的金属氧化物(Me’O)。这些次要的金属氧化物，在还原熔炼过程中也会被还原成金属：2Me’O+C=2Me’+CO2被还原的这些次要金属，往往和主要金属互熔在一起，所以还原熔炼得到的金属是含有多种杂质(Me’)的粗金属。如鼓风炉还原熔炼法炼铅产出的粗铅，经常含有铜、砷、锑、锡、铋等多种金属，主金属铅的含量在95％～98％之间。其他如反射炉还原熔炼产出的粗锡与粗锑等亦然。

　　有色金属还原熔炼产出的炉渣以FeO一SiO2—CaO三元系的成分为主，其含量随还原熔炼的具体条件而异。炉渣中视所处理原料的成分往往还含有第四主要组分，如ZnO、SnO等；同时也含有1％～5％的主金属。所以还原熔炼产出的炉渣是一种成分复杂而多变的氧化物熔体。

　　还原条件的控制 炉渣中的铁氧化物大都应该以FeO的形态存在。但在还原熔炼的炉料中，铁往往是以高价氧化物(Fe2O3或Fe3O4)的形态存在。所以在还原熔炼过程中，应该发生高价铁氧化物的还原反应：Fe2O3+CO→2FeO+CO2   Fe3O4+CO→3FeO+CO2还原反应得到的FeO应该很好地与炉料中的SiO2、CaO等组分反应形成炉渣。如果还原条件控制不当，或者使FeO进一步还原为金属铁，或者Fe2O3只能还原得到Fe3O4，都会破坏正常的还原熔炼过程。例如，在锡还原熔炼中还原得到的金属铁将熔于锡中，致使锡的纯度降低，甚致产出Sn—Fe合金硬头，而合金中的锡和铁是很难分离的。又如铁虽不溶于铅中，但在鼓风炉还原熔炼炼铅法中会在炉缸形成炉结。再就是未被还原的Fe3O4会使炉渣性质变坏导致熔炼过程不正常。所以，在还原熔炼过程中，控制好高价铁的还原反应是确定技术条件的主要因素。

金属氧化物的还原进程除了根据其氧化标准生成自由能变化来判断其还原次序及程度之外，也常用反应(2)的平衡常数lgKp=Pco2：Pco来进行比较。铁的氧化物及其他几种金属氧化物还原反应的平衡Pco值与温度的关系如图所示。

　　有色金属还原熔炼一般是在一定的温度下通过调节还原气氛(Pco)来实现选择性还原的。这种选择性还原条件就是要保证Fe3O4、Fe2O3能完全还原为FeO，而不还原成金属铁。在这种条件下，可以保证重金属氧化物的有效还原。

　　目前，采用还原熔炼来提取的有色金属主要有鼓风炉还原熔炼法炼铅、鼓风炉炼锌、反射炉炼锡或电炉炼锡、氧化锑还原熔炼等。由于锌和铅冶炼的原料几乎全是硫化精矿，所以锌、铅的还原熔炼都是先将硫化精矿进行烧结焙烧，使精矿中硫化矿物(PbS、ZnS)氧化变为氧化物(PbO、ZnO)，并将细粒精矿结块以后，才送鼓风炉进行还原熔炼。因为在目前的工业技术条件下，PbS与ZnS等硫化物都是很难被碳质还原剂还原成金属。由于锡精矿中的锡，大都以氧化矿物锡石(SnO2)的形态存在，故锡精矿一般经预处理后即可送去进行还原熔炼。

　　还原熔炼使用的设备有鼓风炉、反射炉及电炉，选用哪一种设备取决于进炉物料的形态及工厂的具体条件。这些设备大都延用了百年以上，由于炉料处于固定床或气固相相对运动不剧烈，因而熔炼效率不高，热效率较低。近年来，一些能强化冶金过程的熔炼技术如喷射冶金、热风熔炼与富氧熔炼等也在还原熔炼领域中得到了推广应用。