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满足刚玉冶炼工艺时冶炼炉所发生的化学反应

发布时间:14-12-31 09:02  来源:www.rsgy.org

刚玉冶炼工艺目的有两个,一是使矾土熔融后重结晶,获得磨料工业所需的α-刚玉,二是用碳作还原剂,使杂质还原从而提高制品的氧化铝成分。本着这个目的,冶炼炉发生如下三个化学反应:

SiO2+2C=Si+2CO

Fe2O3+3C=2Fe+3CO

TiO2+2C=Ti+2CO

  这三种反应都是在矾土熔化之后,熔液与固体炭之间发生的,虽然一氧化碳对氧化硅、一氧化铁、氧化钛也有还原作用,但在矾土熔化之前发生上列反应对刚玉冶炼来说是轻微的,所以毋需去仔细研究固相——气相反应。

刚玉冶炼炉

  化学反应既然是在矾土熔化后进行,所以矾土的熔点对反应的进程有极大的影响,通常矾土的熔点在1850℃以上,所以还原反应是在1850℃以上温度进行,如所周知,温度提高,化学反应进行的越快,为此应该选择熔点高的矾土作为冶炼刚玉原料将是极为有利的,但是,关于矾土熔点,并没有提出特别的要求,这是因为矾土熔点与其品位有关,品位越高,其熔点也高,既然有了品位的要求,高熔点也就有保证了。

  在冶炼过程中,由于熔液成分逐步纯化,熔点也在不断提高,从而使炉缸温度升高。这对冶炼是有利的。

  以上三种化学反应,首先是氧化铁还原,其次是氧化硅,再之是氧化钛。

  当矾土熔化后,在炭粒的周围,发生氧化铁的还原,并有大量的一氧化碳气体产生,当氧化铁还原进展到氧化铁浓度极低之后,氧化硅被还原。氧化硅的还原是在刚刚还原出来的铁的参与下进行的,所以还原后生成铁合金;氧化钛的还原也是在有铁参与下发生的,所以钛还原后也是生成铁合金。氧化钛还原在氧化硅之后,当氧化钛还原到一定程度便发生氧化铝的部分还原。金属态铝也是进入铁合金之中,因铝的还原也是在铁参与下进行的。

  在炭粒周围发生的一系列还原反应而生成成分复杂的铁合金,由于铁合金和炉液是二个相系,所以当铁、硅、钛、铝还原生成铁合金后脱离了原来反应系统,从而保证还原反应持续进行,另一方面因还原反应而使炭粒周围的各种氧化物浓度迅速降低,于是在炉液内自然造成氧化物浓度差。借液态分子扩散作用在炉液中氧化物持续不断地接近炭粒,直至炭氧化完为止。

  新生成的铁合金是微粒体的,因与熔液比重不同而下沉,在下沉运动中由于合金微粒之间接触而聚集成大颗粒的铁合金,颗粒越来越大,下沉速度越来越快,最后集中在炉底形成硅铁层。

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