材料化学第6讲-材料的化学合成与制备B

1、1Teacher: Ph. D. Tengyun Zhang(张腾云张腾云) E-mail: 20072008 学年第学年第 2 学期学期第第六六讲讲材料化学导论材料化学导论-第三章第三章Chemosynthesis & Preparation of Inorganic Materials2v3.1 无机材料的选用与合成无机材料的选用与合成v3.2 材料制备方法简介材料制备方法简介主要内容：主要内容：3.1 3.1 无机材料的选用与合成无机材料的选用与合成3.2 3.2 材料制备方法简介材料制备方法简介33.1.2 无机合成原料无机合成原料是刚玉的一种，主要成分是刚玉的一种，主要成分是

2、氧化铝是氧化铝(Al2O3)，红色来，红色来自铬自铬(Cr)。自然没有铬的。自然没有铬的宝石是蓝色的蓝宝石。宝石是蓝色的蓝宝石。红红宝宝石石 43.1.2 无机合成原料无机合成原料53.1.2 无机合成原料无机合成原料氧化锆在大自然中存在于锆英砂中，澳大氧化锆在大自然中存在于锆英砂中，澳大利亚和我国海南岛均有高质量的锆英砂。利亚和我国海南岛均有高质量的锆英砂。在不同的温度范围内，氧化锆呈现出不同在不同的温度范围内，氧化锆呈现出不同的晶体结构：从室温到的晶体结构：从室温到1170为单斜结构，为单斜结构，11702370为四方结构，为四方结构，23702706为立方结构。这三种结构的氧化锆，比重为

3、立方结构。这三种结构的氧化锆，比重分别为分别为5.68、6.10和和6.27。可见温度越高，。可见温度越高，比重越大。因此，在同样重量下，温度越比重越大。因此，在同样重量下，温度越低，体积越大低，体积越大. 氧化锆是氧化锆是一种高温耐火材料，熔点高达一种高温耐火材料，熔点高达2680C，但发生相变时伴随很大的，但发生相变时伴随很大的体积收缩，这对高温结构材料是致命的。体积收缩，这对高温结构材料是致命的。 加入加入CaO，则和，则和ZrO2形成固溶体，无晶型转变，体积效应减少，使形成固溶体，无晶型转变，体积效应减少，使ZrO2成成为一种很好的高温结构材料。为一种很好的高温结构材料。63.1.2

4、无机合成原料无机合成原料氧化钇固溶稳定的氧化锆是固体氧化物燃料电池的氧化钇固溶稳定的氧化锆是固体氧化物燃料电池的主要氧离子传导膜主要氧离子传导膜H2S固体氧化物燃料电池结构简图固体氧化物燃料电池结构简图73.1.2 无机合成原料无机合成原料83.1.2 无机合成原料无机合成原料二氧化钛是世界上最白的东西，二氧化钛是世界上最白的东西， 1克二氧化钛可以把克二氧化钛可以把 450多平多平方厘米的面积涂得雪白。它比方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一常用的白颜料一锌钡白还要锌钡白还要白白5倍，因此是调制白油漆的倍，因此是调制白油漆的最好颜料。最好颜料。 纳米二氧化钛（纳米二氧化钛（TiO2）作为

5、一种）作为一种新型光催化剂新型光催化剂、抗紫外线剂、光电效应剂、抗紫外线剂、光电效应剂等，以其神奇的功能，将在抗菌防霉、排气净化、脱臭、水处理、防污、等，以其神奇的功能，将在抗菌防霉、排气净化、脱臭、水处理、防污、耐候抗老化、汽车面漆领域显示广泛的应用前景。耐候抗老化、汽车面漆领域显示广泛的应用前景。 93.1.2 无机合成原料无机合成原料氧化铍氧化铍BeO白色末状，它的熔点为白色末状，它的熔点为2803K，难溶，可用做耐高温材料。，难溶，可用做耐高温材料。 103.1.2 无机合成原料无机合成原料113.1.2 无机合成原料无机合成原料 碳化硅的晶体结构与金刚石正四面体结构相近，是以碳化硅的

6、晶体结构与金刚石正四面体结构相近，是以共价键为主，结合而成的化合物，其硬度高（莫氏共价键为主，结合而成的化合物，其硬度高（莫氏 9.3 级），性能稳定，物理性能近似于金刚石，故又级），性能稳定，物理性能近似于金刚石，故又称为称为金刚砂金刚砂。碳化硅硬度是仅次于金刚石的材料碳化硅硬度是仅次于金刚石的材料，主，主要用于制作磨料及砂轮，部分作为生产碳化硅陶瓷的要用于制作磨料及砂轮，部分作为生产碳化硅陶瓷的原料。原料。 123.1.2 无机合成原料无机合成原料热电偶保护套管热电偶保护套管 它也是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且它也是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损；除氢氟酸外，抗腐蚀能力强，

7、高温时耐磨损；除氢氟酸外，抗腐蚀能力强，高温时抗氧化。而且它还能抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击抵抗冷热冲击，急剧冷却，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。如果用耐高温而且不易传热的具等机械构件。如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面，不仅氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面，不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且能够提可以提高柴油机质量，节省燃料，而且

8、能够提高热效率。我国及美国、日本等国家都已研制高热效率。我国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。出了这种柴油机。133.2 材料制备方法简介材料制备方法简介3.2.1 固相反应固相反应v广义广义：凡是有固相参与的化学反：凡是有固相参与的化学反应。应。 例：固体的分解例：固体的分解 氧化氧化 固体与固体的化学反应固体与固体的化学反应 固体与液体的化学反应固体与液体的化学反应 v狭义狭义：常指固体与固体间发生化：常指固体与固体间发生化学反应生成新固体产物的过程，学反应生成新固体产物的过程，亦称陶瓷法。亦称陶瓷法。 1、固相反应定义：、固相反应定义：v水泥熟料的煅烧水泥熟料的煅烧v陶瓷和耐火材

9、料陶瓷和耐火材料的高温烧结的高温烧结v金属材料的粉末金属材料的粉末冶金冶金v人工晶体的固相人工晶体的固相生长生长v固相缩聚固相缩聚v自蔓延合成自蔓延合成举例：举例：14L1L2S1S2扩散快扩散快 反应快反应快 均相中反应均相中反应 一般室温下反应一般室温下反应扩散慢扩散慢 反应慢反应慢 界面上反应界面上反应 高温下反应高温下反应2 2、 特点：特点： 固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分局固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分局限在固体中，使反应只能在限在固体中，使反应只能在界面界面上进行，上进行，反应物浓度不很重反应物浓度不很重要，均相动力学不适用。要，均相动力学不适

10、用。 3.2.1 固相反应固相反应153.2.1 固相反应固相反应(1) 固体间可以直接反应，固体间可以直接反应，g或或L没有或不起重要作用；没有或不起重要作用；(2) 固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度；固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度；此温度与反应物内部开始呈现明显扩散作用的温度一致，称为泰此温度与反应物内部开始呈现明显扩散作用的温度一致，称为泰曼温度曼温度 或烧结开始温度或烧结开始温度 不同物质泰曼温度与其熔点的关系：不同物质泰曼温度与其熔点的关系： 金属金属 0.30.4Tm 泰曼温度泰曼温度 盐类盐类 0.57Tm 硅酸盐类硅酸盐类 0.80

11、.9Tm v当反应物之一有晶型转变时，则转变温度通常是反应开始明显的温度当反应物之一有晶型转变时，则转变温度通常是反应开始明显的温度3、 泰曼对于固相反应的特点：泰曼对于固相反应的特点：163.2.1 固相反应固相反应4 4、 固相反应的步骤固相反应的步骤ABABAB(1) 反应物扩散到界面反应物扩散到界面(2) 在界面上进行反应在界面上进行反应(3) 产物层增厚产物层增厚173.2.1 固相反应固相反应(2) 按反应性质分按反应性质分 加成反应加成反应 置换反应置换反应 热分解反应热分解反应 还原反应还原反应 5 5、 固相反应的分类固相反应的分类( 1) 按物质状态分按物质状态分 纯固相反

12、应纯固相反应有液相参加的反应有液相参加的反应 有气体参加的反有气体参加的反 应应 *(3) 按反应机理按反应机理化学反应速率控制过程化学反应速率控制过程晶体长大控制过程晶体长大控制过程扩散控制过程扩散控制过程183.2.1 固相反应固相反应A 高温烧结法高温烧结法v烧结烧结 固体粉末状成型固体粉末状成型体在低于其熔点体在低于其熔点温度下加热，使温度下加热，使物质自发地填充物质自发地填充颗粒间隙而致密颗粒间隙而致密化的过程。化的过程。 热压法；热压法； 液相烧结法；液相烧结法； 反应烧结法反应烧结法6 6、固相反应技术、固相反应技术19B自蔓延高温合成法自蔓延高温合成法(1)定义：利用反应物之间

13、的化学反应热的自加定义：利用反应物之间的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术热和自传导作用来合成材料的一种技术v古代中国：黑色火药（古代中国：黑色火药（S+2KNO3+3C）v1895年德国人：铝热法年德国人：铝热法 Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe+850 kJmol-1v1967年前苏联马尔察诺夫年前苏联马尔察诺夫(Merzhanov)等提出等提出SHS概念：概念： Ti+2BTiB2+280 kJmol-13.2.1 固相反应技术固相反应技术6 6、固相反应技术、固相反应技术20按原料组成按原料组成 元素粉末型：利用粉末间的生成热 Ti+2B TiB2+280kJ mo

14、l-1 铝热剂型：利用氧化还原反应 Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe+850kJ mol-1 混合型：以上两种类型的组合 3TiO2+3B2O3+Al 3TiB2+5Al2O3按反应形态按反应形态 固体气体反应 3Si+2N2(gas)Si3N4 固体液体反应 3Si+4N(liguid) Si3N4 固体固体反应 3Si+4/3NaN3(solid) Si3N4+4/3Na3.2.1 固相反应技术固相反应技术6 6、固相反应技术、固相反应技术B自蔓延高温合成法自蔓延高温合成法v（2）Classification of SHS21v（3）举例举例自蔓延合成自蔓延合成NiTi金属间化合物的

15、新工艺金属间化合物的新工艺3.2.1 固相反应技术固相反应技术6 6、固相反应技术、固相反应技术B自蔓延高温合成法自蔓延高温合成法22v盐类热分解成氧化物：盐类热分解成氧化物： CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) v还原碳化：还原碳化： TiO2 + C Ti2O3 + CO Ti2O3 + C 2TiO + CO TiO + 2C TiC + CO C 热分解法热分解法3.2.1 固相反应技术固相反应技术6 6、固相反应技术、固相反应技术233.2.2 化学气相沉积法化学气相沉积法Chemical Vapor Deposition 1 定义：定义：利用利用含有所需沉含有所需沉积

16、物质元素积物质元素的气态反应的气态反应物，在固体物，在固体衬底表面进衬底表面进行化学反应，行化学反应，而生成的固而生成的固体产物沉积体产物沉积在衬底上的在衬底上的一种制备方一种制备方法。法。242. 特点特点 大于大于99.9%之之高密度镀层高密度镀层，有良好的真空密封性，有良好的真空密封性; 高纯度高纯度; 高强，与晶体结构，大小，纯度，密度，内高强，与晶体结构，大小，纯度，密度，内应力有关应力有关 可在相当低的温度下镀上高熔点材料镀层可在相当低的温度下镀上高熔点材料镀层; 良好的抛良好的抛镀力镀力; 可控制晶粒大小与微结构可控制晶粒大小与微结构; 可制作微粒子镀层可制作微粒子镀层; 良好良

17、好的附着性的附着性vAdvantage of CVD3.2.2 化学气相沉积法化学气相沉积法Chemical Vapor Deposition25v 反应需要挥发性化合物反应需要挥发性化合物，不适用于一般可电镀的金属，因，不适用于一般可电镀的金属，因其缺少适合的反应物，如：锡、锌、金其缺少适合的反应物，如：锡、锌、金.v 需可形成稳定固体化合物的化学反应，如：硼化物、氮化需可形成稳定固体化合物的化学反应，如：硼化物、氮化物及硅化物等物及硅化物等.v 因有剧毒物质的释放，腐蚀性的废气及沉积反应需适当控因有剧毒物质的释放，腐蚀性的废气及沉积反应需适当控制，需要封闭系统制，需要封闭系统.v 需要高能

18、量，可能造成基材变形需要高能量，可能造成基材变形(可通过可通过PACVD法改善法改善)v 某些反应物价格昂贵某些反应物价格昂贵v 反应物的使用率低，反应常受到沉积反应平衡常数的限制反应物的使用率低，反应常受到沉积反应平衡常数的限制Disadvantage of CVD2. 特点特点 3.2.2 化学气相沉积法化学气相沉积法Chemical Vapor Deposition26d) 羰基金属化合物以及羰基金属化合物以及氨配合物氨配合物3.2.2 化学气相沉积法化学气相沉积法Chemical Vapor Deposition3. 分类分类 273.2.2 化学气相沉积法化学气相沉积法3. 分类分类

19、 283.2.2 化学气相沉积法化学气相沉积法3. 分类分类 293.2.3. 液相沉淀法液相沉淀法v在原料溶液中添加适当的沉淀剂，原料中的阳离子形成在原料溶液中添加适当的沉淀剂，原料中的阳离子形成沉淀物。沉淀物。（1）共沉淀法）共沉淀法 在含有多种可溶性阳离子的盐溶液中，经沉淀反应后在含有多种可溶性阳离子的盐溶液中，经沉淀反应后得到各种成分均一的混合沉淀物得到各种成分均一的混合沉淀物30（2）均匀沉淀法）均匀沉淀法沉淀剂由化学反应缓慢地生成避免沉淀剂浓度不均匀可获得粒子均沉淀剂由化学反应缓慢地生成避免沉淀剂浓度不均匀可获得粒子均匀、夹带少、纯度高的超细粒子。匀、夹带少、纯度高的超细粒子。3.

20、2.3. 液相沉淀法液相沉淀法31v（3）水解法）水解法 利用金属盐溶液在较高温度下发生水解反应生成氢氧化物利用金属盐溶液在较高温度下发生水解反应生成氢氧化物或水合氧化物沉淀，再热分解成氧化物粉末。或水合氧化物沉淀，再热分解成氧化物粉末。3.2.3. 液相沉淀法液相沉淀法323.2.4. 溶胶溶胶凝胶法凝胶法333.2.4. 溶胶溶胶凝胶法凝胶法343.2.4. 溶胶溶胶凝胶法凝胶法353.2.5. 高温高温熔融法熔融法v是指将矿物原料投入到各种高温熔炉内，使其在高温下是指将矿物原料投入到各种高温熔炉内，使其在高温下发生各种化学反应并熔融。例如玻璃的熔制、高炉的炼发生各种化学反应并熔融。例如玻

21、璃的熔制、高炉的炼铁、转炉的炼钢等。铁、转炉的炼钢等。（1）玻璃熔制）玻璃熔制玻璃瓶玻璃瓶建筑夹层玻璃建筑夹层玻璃 玻璃玻璃工艺工艺烛台烛台36（1）玻璃熔制）玻璃熔制3.2.5. 高温高温熔融法熔融法37（1）玻璃熔制）玻璃熔制3.2.5. 高温高温熔融法熔融法38（1）玻璃熔制）玻璃熔制3.2.5. 高温高温熔融法熔融法39（1）玻璃熔制）玻璃熔制3.2.5. 高温高温熔融法熔融法40（1）玻璃熔制）玻璃熔制3.2.5. 高温高温熔融法熔融法41（1）玻璃熔制）玻璃熔制3.2.5. 高温高温熔融法熔融法42（1）玻璃熔制）玻璃熔制3.2.5. 高温高温熔融法熔融法43（2）金属的冶炼过程）

22、金属的冶炼过程3.2.5. 高温高温熔融法熔融法44（2）金属的冶炼过程）金属的冶炼过程3.2.5. 高温高温熔融法熔融法45（2）金属的冶炼过程）金属的冶炼过程3.2.5. 高温高温熔融法熔融法46（2）金属的冶炼过程）金属的冶炼过程 炼铁过程实质上是将铁从其自然形态炼铁过程实质上是将铁从其自然形态矿石等含铁化合物中还原出矿石等含铁化合物中还原出来的过程。其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质来的过程。其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质COCO、H H2 2、C C；适宜温度；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少

23、部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。部分是作为炼钢原料。 v 铁在自然界中蕴藏量极为丰富，铁在自然界中蕴藏量极为丰富，占地壳元素含量的占地壳元素含量的5 5，居地球物质中，居地球物质中的第四位的第四位。铁元素很活泼，容易与其它物质结合。习惯上常说的钢铁是对钢和。铁元素很活泼，容易与其它物质结合。习惯上常说的钢铁是对钢和铁的总称。铁的总称。v 钢和铁是有区别的，所谓钢铁，主要由两个元素构成，即铁和碳，一般钢和铁是有区别的，所谓钢铁，主要由两个元素构成，即铁和碳，一般碳和元素铁形成化合物，叫铁碳合金。含碳量多少对钢铁的性质影响极大，含碳和元素铁形成化合物，叫铁碳合金。含碳量多少对钢铁的性质影响

24、极大，含碳量增加到一定程度后就会引起质的变化。由铁原子构成的物质叫纯铁，纯铁碳量增加到一定程度后就会引起质的变化。由铁原子构成的物质叫纯铁，纯铁杂质很少。含碳量多少是区别钢铁的主要标准。生铁含碳量大于杂质很少。含碳量多少是区别钢铁的主要标准。生铁含碳量大于2.02.0；钢含碳；钢含碳量小于量小于2.02.0。生铁含碳量高，硬而脆，几乎没有塑性。钢不仅有良好塑性，而。生铁含碳量高，硬而脆，几乎没有塑性。钢不仅有良好塑性，而且钢制品具有强度高、韧性好、耐高温、耐腐蚀、易加工、抗冲击、易提炼等且钢制品具有强度高、韧性好、耐高温、耐腐蚀、易加工、抗冲击、易提炼等优良物化应用性能，因此被广泛利用。优良物

25、化应用性能，因此被广泛利用。3.2.5. 高温高温熔融法熔融法v高炉炼铁过程简介高炉炼铁过程简介47（2）金属的冶炼过程）金属的冶炼过程v 高炉生产是连续进行的。生产时，从炉顶不断地装入高炉生产是连续进行的。生产时，从炉顶不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂铁矿石、焦炭、熔剂，从，从高炉下部的风口吹进热风，喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是高炉下部的风口吹进热风，喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到

26、铁，这个过程叫做中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成生成炉渣炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。v 高炉内的还原气体产生于风口前的燃料燃烧，这一过程

27、产生了两大运动流：一高炉内的还原气体产生于风口前的燃料燃烧，这一过程产生了两大运动流：一个是上升的热煤气流，一个是下降的炉料流（铁矿石、焦炭、熔剂等）。高炉内的一切个是上升的热煤气流，一个是下降的炉料流（铁矿石、焦炭、熔剂等）。高炉内的一切反应均发生于煤气和炉料的相向运动和相互作用之中。它包括炉料的加热、蒸发、挥发反应均发生于煤气和炉料的相向运动和相互作用之中。它包括炉料的加热、蒸发、挥发和分解；铁及其它元素的还原；炉料中非铁氧化物的熔化、造渣和生铁的脱硫；铁的渗和分解；铁及其它元素的还原；炉料中非铁氧化物的熔化、造渣和生铁的脱硫；铁的渗碳及生铁的形成；炉料和煤气之间的热交换等等，是一系列物理

28、化学反应过程的总和。碳及生铁的形成；炉料和煤气之间的热交换等等，是一系列物理化学反应过程的总和。3.2.5. 高温高温熔融法熔融法v高炉炼铁的冶炼原理高炉炼铁的冶炼原理48（2）金属的冶炼过程）金属的冶炼过程3.2.5. 高温高温熔融法熔融法49（2）金属的冶炼过程）金属的冶炼过程高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料和熔剂三部分组成。高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料和熔剂三部分组成。（一）铁矿石（一）铁矿石 高炉冶炼用的铁矿石要求成分稳定、含铁品位高、脉石（矿石中有高炉冶炼用的铁矿石要求成分稳定、含铁品位高、脉石（矿石中有用部分与没有工业价值的岩石或其它矿物伴生在一起，用部分与没有工业价值的岩

29、石或其它矿物伴生在一起，这些没有用的部分叫脉这些没有用的部分叫脉石石）少、有害杂质少、矿石粒度均匀、强度好、还原性好。铁矿石含铁量的多）少、有害杂质少、矿石粒度均匀、强度好、还原性好。铁矿石含铁量的多少（即品位高低），直接影响到炼铁生产的各项指标。一般含铁量在少（即品位高低），直接影响到炼铁生产的各项指标。一般含铁量在3030以上以上的铁矿石才有开采价值。当前作为炼铁原料的铁矿石主要有：的铁矿石才有开采价值。当前作为炼铁原料的铁矿石主要有：（1 1）磁铁矿。）磁铁矿。主要成分主要成分Fe3O4，纯矿石最高含铁量为纯矿石最高含铁量为72.472.4。（2 2）赤铁矿。）赤铁矿。主要成分主要成分F

30、e2O3，纯矿石最高含铁量为纯矿石最高含铁量为70.070.0。（3 3）褐铁矿。）褐铁矿。主要成分主要成分FeO(OH) ，纯矿石含铁量在纯矿石含铁量在48486363之间。之间。（4 4）菱铁矿。主要成分）菱铁矿。主要成分FeCO3 ，经过焙烧，二氧化碳从矿石中分解出来。，经过焙烧，二氧化碳从矿石中分解出来。（5 5）钒钛磁铁矿。除含铁外，还有金属钒和轻金属钛，理论上钒钛磁铁矿）钒钛磁铁矿。除含铁外，还有金属钒和轻金属钛，理论上钒钛磁铁矿的含铁量为的含铁量为36.836.8，含钛，含钛31.631.6，其余是钒和氧。我国西南地区重要钢铁基地，其余是钒和氧。我国西南地区重要钢铁基地攀枝花钢铁

31、公司所用的矿石就是钒钛磁铁矿。攀枝花钢铁公司所用的矿石就是钒钛磁铁矿。3.2.5. 高温高温熔融法熔融法v高炉冶炼用的原料高炉冶炼用的原料50v 高炉用燃料包括焦炭和喷吹燃料两大类。高炉用燃料包括焦炭和喷吹燃料两大类。v焦炭在炼铁过程中有三种作用：一是燃烧供给热量（热源）；二是作为料焦炭在炼铁过程中有三种作用：一是燃烧供给热量（热源）；二是作为料柱骨架（气窗）；三是作还原剂。因此，焦炭中的含碳量越高越好。除了柱骨架（气窗）；三是作还原剂。因此，焦炭中的含碳量越高越好。除了强度好和骨架作用外，高炉对喷吹燃料的要求及其作用与焦炭相同。强度好和骨架作用外，高炉对喷吹燃料的要求及其作用与焦炭相同。 v

32、 高炉炼铁主要用焦炭作燃料。焦炭含碳量较高，气孔率高，最大的特点高炉炼铁主要用焦炭作燃料。焦炭含碳量较高，气孔率高，最大的特点是机械强度（以转鼓指数表示）高，能满足大型高炉的要求。因此，目前是机械强度（以转鼓指数表示）高，能满足大型高炉的要求。因此，目前在高炉炼铁中一般都采用焦炭作主要燃料。在高炉炼铁中一般都采用焦炭作主要燃料。20世纪世纪60年代开始盛行喷吹年代开始盛行喷吹技术（喷煤、油、天然气等），目的在于部分取代宝贵的焦炭资源，但只技术（喷煤、油、天然气等），目的在于部分取代宝贵的焦炭资源，但只能取代焦炭的还原剂和热源两个作用，而料柱骨架作用取代不了。焦炭是能取代焦炭的还原剂和热源两个作

33、用，而料柱骨架作用取代不了。焦炭是高炉炼铁必不可少的燃料。高炉炼铁必不可少的燃料。（2）金属的冶炼过程）金属的冶炼过程3.2.5. 高温高温熔融法熔融法v（二）燃料（二）燃料51v在铁矿石中，除铁以外，还有脉石及硫等有害杂质，在焦炭及在铁矿石中，除铁以外，还有脉石及硫等有害杂质，在焦炭及煤粉中含有灰分，所以炼铁时要加入熔剂，与脉石和焦炭及煤煤粉中含有灰分，所以炼铁时要加入熔剂，与脉石和焦炭及煤粉中的灰分及其它杂质化合，形成粉中的灰分及其它杂质化合，形成炉渣炉渣，以达到降低脉石熔点，以达到降低脉石熔点并使杂质、灰分与铁水分离的目的。并使杂质、灰分与铁水分离的目的。v 高炉冶炼采用的熔剂主要有石灰

34、石、白云石、蛇纹石等。对高炉冶炼采用的熔剂主要有石灰石、白云石、蛇纹石等。对熔剂的要求是：碱性氧化物（主要是氧化钙）的含量要高，而熔剂的要求是：碱性氧化物（主要是氧化钙）的含量要高，而酸性氧化物（主要是二氧化硅和三氧化二铝）的含量尽可能低，酸性氧化物（主要是二氧化硅和三氧化二铝）的含量尽可能低，有害杂质硫、磷含量也要低，强度高，块度适宜。有害杂质硫、磷含量也要低，强度高，块度适宜。（2）金属的冶炼过程）金属的冶炼过程3.2.5. 高温高温熔融法熔融法v（三）熔剂（三）熔剂52（2）金属的冶炼过程）金属的冶炼过程转炉炼钢转炉炼钢 3.2.5. 高温高温熔融法熔融法53氧化：氧化： 转炉炼钢是在转炉里进行。开始时，向内注入转炉炼钢是在转炉里进行。开始时，向内注入1300摄氏度的液态生摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入氧气。这时液态生铁表面剧烈的反应，铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入氧气。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化使铁、硅、锰氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。对流作用，使反应遍及整个炉内。 几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化几