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磨料生產技術支持

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冶煉爐為滿足剛玉冶煉工藝的目的所發生的化學反應

瀏覽次數: 發布時間:2014/03/11

  剛玉冶煉工藝目的有兩個,一是使礬土熔融后重結晶,獲得磨料工業所需的α-剛玉,二是用碳作還原劑,使雜質還原從而提高制品的氧化鋁成分。本著這個目的,冶煉爐發生如下三個化學反應

SiO2+2C=Si+2CO

Fe2O3+3C=2Fe+3CO

TiO2+2C=Ti+2CO

  這三種反應都是在礬土熔化之后,熔液與固體炭之間發生的,雖然一氧化碳對氧化硅、一氧化鐵、氧化鈦也有還原作用,但在礬土熔化之前發生上列反應對剛玉冶煉來說是輕微的,所以毋需去仔細研究固相——氣相反應。

剛玉冶煉爐

  化學反應既然是在礬土熔化后進行,所以礬土的熔點對反應的進程有極大的影響,通常礬土的熔點在1850℃以上,所以還原反應是在1850℃以上溫度進行,如所周知,溫度提高,化學反應進行的越快,為此應該選擇熔點高的礬土作為冶煉剛玉原料將是極為有利的,但是,關于礬土熔點,并沒有提出特別的要求,這是因為礬土熔點與其品位有關,品位越高,其熔點也高,既然有了品位的要求,高熔點也就有保證了。

  在冶煉過程中,由于熔液成分逐步純化,熔點也在不斷提高,從而使爐缸溫度升高。這對冶煉是有利的。

  以上三種化學反應,首先是氧化鐵還原,其次是氧化硅,再之是氧化鈦。

  當礬土熔化后,在炭粒的周圍,發生氧化鐵的還原,并有大量的一氧化碳氣體產生,當氧化鐵還原進展到氧化鐵濃度極低之后,氧化硅被還原。氧化硅的還原是在剛剛還原出來的鐵的參與下進行的,所以還原后生成鐵合金;氧化鈦的還原也是在有鐵參與下發生的,所以鈦還原后也是生成鐵合金。氧化鈦還原在氧化硅之后,當氧化鈦還原到一定程度便發生氧化鋁的部分還原。金屬態鋁也是進入鐵合金之中,因鋁的還原也是在鐵參與下進行的。

  在炭粒周圍發生的一系列還原反應而生成成分復雜的鐵合金,由于鐵合金和爐液是二個相系,所以當鐵、硅、鈦、鋁還原生成鐵合金后脫離了原來反應系統,從而保證還原反應持續進行,另一方面因還原反應而使炭粒周圍的各種氧化物濃度迅速降低,于是在爐液內自然造成氧化物濃度差。借液態分子擴散作用在爐液中氧化物持續不斷地接近炭粒,直至炭氧化完為止。

  新生成的鐵合金是微粒體的,因與熔液比重不同而下沉,在下沉運動中由于合金微粒之間接觸而聚集成大顆粒的鐵合金,顆粒越來越大,下沉速度越來越快,最后集中在爐底形成硅鐵層。


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