冶金原理實現(xiàn)氧化物和碳酸鹽的離解-資料下載頁
2025-05-10 07:23本頁面
【正文】 16)、（ 217）即可判斷在實驗條件下反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)，并可根據(jù)各環(huán)節(jié)速度的因素，控制一定的條件，達(dá)到一定的要求。 冶金原理精品課程 二、碳酸鹽的離解 ? 碳酸鹽是冶金、化工和建材工業(yè)中常用的原材料，在冶金工業(yè)中作為冶煉原料的有菱鎂礦（ MgCO3）、菱鐵礦（ ZnCO3）、等，作為熔劑使用的有石灰石 (CaCO3)、白云石[（ Ca、 Mg） CO3]等。碳酸鹽通常預(yù)先加熱焙燒使其離解為氧化物，有時也可直接加入冶金爐內(nèi)，使之在爐內(nèi)完成離解過程。碳酸鹽的離解又稱焙解。 冶金原理精品課程 酸鹽離解的熱力學(xué) ? 碳酸鹽離解反應(yīng)的通式為： ? MeO(s)+CO2=MeCO3(S) ? 以上與氧化物的離解 — 生成反應(yīng)相似，因而其熱力學(xué)的分析方法和規(guī)律也與氧化物相似。 ? 對碳酸鹽的離解反應(yīng)： ? ΔG0=RTlnKp=RTln=RTlnPCO2 ? 式中 PCO2為碳酸鹽離解反應(yīng)的離解壓。由于反應(yīng)的ΔG0T二項式 ΔG0=A+BT是已知的，故： ? RTlnPCO2=A+BT,J ? LogPCO2=(A+BT)/=A’/T+B’ (218) 冶金原理精品課程 ? 式（ 218）即為離解壓的溫度關(guān)系式， A’、B’為各種碳酸鹽的離解壓常數(shù)，可由ΔG0=A+BT求出。據(jù)此可作出各種碳酸鹽的Pco2T曲線，圖 210為 CaCO3的 logPco2—T平衡曲線。 冶金原理精品課程 冶金原理精品課程 ? 在圖 210中的曲線上， CaCO CaO、 CO2平衡共存，曲線以上區(qū)域為 CaCO3穩(wěn)定區(qū)，曲線以下為穩(wěn)定區(qū)。 ? 對 CaO+CO2=CaCO3,常用 ΔG0=170925+(J),則： ? logPco2=+ （ 219） ? 當(dāng)在大氣中焙燒 CaCO3時，大氣中 CO2含量約為 %，即大氣中 CO2分壓 P’co2= 101325=。因而 CaCO3開始離解溫度可由 Pco2=P’co2=，由式（ 219）： ? =+ ? T開 =807K 冶金原理精品課程 ? 據(jù)以上計算， CaCO3在大氣中只要加熱到807K（ 834℃ ）即可分解，然而低溫離解速度慢，同時，由于離解后產(chǎn)生 CO2將使氣相中 P’co2升高，阻滯反應(yīng)的進(jìn)行，對實際冶金工廠無意義。因而由動力學(xué)因素與實際冶金的要求考慮，應(yīng)使離解溫度提高到使 Pco2稍大于大氣總壓力，這樣離解反應(yīng)將迅速進(jìn)行。通常將 Pco2=101325Pa(1atm)時的溫度稱為碳酸鹽的化學(xué)沸騰溫度。 冶金原理精品課程 ? 由式（ 219），當(dāng) Pco2=101325Pa(1atm)時，得： ? log1= T沸 =1183K ? 即 CaCO3的化學(xué)沸騰溫度為 1183K(910℃ )。 ? 圖 211中繪出了幾種碳酸鹽的離解壓曲線，可見， CaCO3最穩(wěn)定， FeCO3最不穩(wěn)定，易分解。 冶金原理精品課程 冶金原理精品課程 碳酸鹽離解動力學(xué) ? 在冶金生產(chǎn)中，通常用石灰石（ CaCO3）作熔劑加入爐內(nèi)。在冶煉溫度下， CaCO3離解產(chǎn)生 CaO進(jìn)入爐渣。 CaO是爐渣的主要成分之一。生產(chǎn)上要求 CaCO3在爐內(nèi)離解迅速、完全。 冶金原理精品課程 ? 碳酸鹽的離解是屬于 A(s)=B(g)+C(s)的氣 —固多相反應(yīng)。反應(yīng)的動力學(xué)過程主要由下列兩個階段組成： ? （ 1）在 MeCO3— MeO相界面上進(jìn)行結(jié)晶 —化學(xué)變化： ? MeCO3=MeO+CO2 ? （ 2） CO2通過 MeO產(chǎn)物向外擴散。 冶金原理精品課程 ? 由于碳酸鹽離解后析出 CO2，因而其離解產(chǎn)物 MeO都是疏松的。在此情況下， CO2在產(chǎn)物層中擴散速度較快，故而結(jié)晶 — 化學(xué)反應(yīng)階段是碳酸鹽離解反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)，也即碳酸鹽的離解過程處于動力學(xué)區(qū)域。因此，最有效的強化過程的方法是提高溫度，使用催化劑，破碎礦石以增大其反應(yīng)表面積等。 下一章
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