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          當前位置: 康沃真空網  > 行業應用 > 真空冶金 > 正文

          真空法從銦礦中制備銦的機理研究

            【康沃真空網】在真空條件下,本文采用熱力學分析方法計算真空下銦礦碳熱還原反應過程中發生的反應的吉布斯自由能以及起始反應溫度。結果表明,當壓力為10 Pa、溫度高于380 K 時,In2O3 與C 的反應滿足反應發生的熱力學條件。在同一體系壓力下,物料In2O3:C 摩爾比為1:3 時,反應生成單質In 所需的溫度是z*低的。

            在碳量充足條件下In2O3 可直接被還原生成單質銦,隨著碳的消耗,In2O3 的碳熱反應會生成中間產物。由此,推算在真空碳熱反應過程中,碳熱還原In2O3 的順序s*先生成In,隨著碳耗及升溫生成In2O,z*后生成InO。In2O3 熱分解生成In2O,隨著體系壓力的降低,反應起始溫度降至423 K;中間產物In2O 熱分解生成單質In,當體系真空度降至10 Pa 時,起始溫度降為781 K;InO 與生成物CO 反應,隨著體系壓力降低,吉布斯自由能增加,因此,降壓不利于InO 與CO 反應。本文從熱力學角度探討真空制備銦熱力學可行性,為下一步實際生產提供相應的理論基礎。

            銦是一種稀有金屬,具有優良的物理化學性能和機械性能,廣泛應用于軍事工業、電子業、醫藥衛生、太陽能電池制造、航天航空等行業。近年來,隨著科技的發展,銦的應用在國民經濟作用日趨重要,已發展成為現代工業中不可缺少的金屬材料之一。我國銦資源儲量豐富,居世界第一,但銦多伴生在鋅、鉛等礦中,工業上銦主要是從煉鋅及煉鉛過程中分離出來。由于銦沒有獨立的礦床多是伴生在鋅礦、鉛礦等礦物中,需要經過較復雜的冶煉過程才能提取出來,基于此,作者提出采用熱力學分析研究在不同條件下真空碳熱還原法制銦的反應條件,從熱力學角度研究了銦礦真空碳熱還原法制銦的可行性,為對后一步利用真空碳熱還原法制銦的研究提供了基礎數據。

            碳熱還原反應是用碳作為還原劑還原氧化物以制備單質或者碳化物的方法。由于碳具有良好的還原性能,因此在工業生產上,碳作為還原劑得到了廣泛的應用。在真空下用碳做還原劑時,隨還原溫度的升高可以將氧化物還原,還原反應可以進行的比較完全,同時反應的溫度相比常壓條件下的反應溫度要低。在還原過程中會生成多種中間產物,氧化銦被還原或被分解,通過熱力學計算銦的行為,得到氧化銦可能發生的反應以及該反應的起始溫度,為后續實驗研究方案提供理論指導。

            1、熱力學理論計算數據

            據相關資料查得相關熱力學數據分別如表1、2 所示。

            表1 氧化銦相關的熱力學數據

          真空法從銦礦中制備銦的機理研究

            表2 主要相關物質的熱力學數據(△HΘ 298/J·mol-1)

          真空法從銦礦中制備銦的機理研究

            2、小結

            1)從銦礦In2O3 中制備單質In,降低體系壓強,可大幅度降低起始反應溫度。在常壓下反應式(1)碳熱還原In2O3 反應的理論起始反應溫度為998 K,當壓強減小為10 Pa 時的理論起始反應溫度為380 K。

            2)在常壓下,當溫度達到1884 K 時,物料In2O3:C 摩爾比為1:1,反應生成中間產物InO;當系統壓力降到10 Pa 下,起始溫度可降低到729 K。在常壓下,當物料In2O3:C 摩爾比為1:2,溫度達到1056 K 時,在反應生成中間產物In2O,當系統壓力降到10 Pa 下,起始溫度可降低到413 K。通過上述分析,在相同壓力下,反應式(1)物料In2O3:C 摩爾比為1:3,反應生成單質In 所需的溫度是z*低的。

            3)In2O3 熱分解生成In2O,在常壓下所需z*低溫度為1247 K,降至10 Pa 時為423 K;中間產物In2O 熱分解生成單質In,在常壓下,起始溫度為2809 K,當體系壓力降至10 Pa 時,起始溫度降為781 K;InO 與生成物CO 反應,隨著體系壓力降低,吉布斯自由能增加,因此,降壓不利于InO 與CO 反應。

            4)根據熱力學計算分析,在碳量充足條件下In2O3 可直接被還原生成單質銦,隨著碳的消耗,In2O3 的碳熱反應會生成中間產物。由此,推算在真空碳熱反應過程中,碳熱還原In2O3 的順序s*先生成In,隨著碳耗及升溫生成In2O,再次生成InO。

          標簽: 真空法  

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