仇金辉-2017.7.23北京学术报告.pptx

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铜渣综合利用的新技术的提出江西理工大学姜平国副教授（博士）KineticStudy主目录CONTENTS12345课题背景及内容热力学分析动力学研究结论总结BackgroundThermodynamicAnalysisConclusionSummary延时符课题背景及内容第一部分课题背景研究意义研究内容TheBackgroundTheSignificanceResearchContent2015年中国废钢的需求量超过1亿吨，废钢中的Cu含量约为0.3%，在炼钢过程中，钢液中的Cu很难脱除。

随着冶金工业的发展，产生了大量的废渣（铜、铅、锌、镍渣等），例如像中国97%的铜通过火法冶炼，每生产1吨铜会产生2.2吨的铜渣，铜渣中含有3040%Fe元素，为减少废渣资源的浪费、对环境的污染，同时减缓对国外铁矿石的依赖，可以将废钢、废渣作为炼钢、炼铁资源。

行业大背景选题背景RESEARCHIDEAS123研究意义可以为钢水脱铜提供新的方法，解决了钢水脱铜难度大、效率低的问题。

将金属废渣作为炼铁原料进行二次回收利用，减缓了我国对国外铁矿石的依赖，解决了废渣堆积对环境的影响。

研究的成果对拓展氯化冶金的应用领域和丰富氯化冶金理论具有重要意义。

研究意义THESIGNIFICANCE研究内容RESEARCHCONTENT延时符12分析了Cu,Fe氯化物蒸汽压的规律、Cu-Fe-Cl-O体系的优势区间图，并计算了反应摩尔吉布斯自由能。

对Cu-FeCl3体系、Cu2O-FeCl2体系、CuO-FeCl2体系进行热重实验，分析了温度，升温速率和载气流量对氯化率的影响，并分别找出了各体系的最优反应条件。

根据温度条件下的数据，分析出了Cu-FeCl3体系、Cu2O-FeCl2体系、CuO-FeCl2体系的反应级数、活化能和反应控制类型。

3热力学分析第二部分氯化物蒸汽压优势区间图化学反应VaporPressurePredominanceDiagramChemicalReaction铜渣中铜铁选择性氯化挥发技术提出氯化物蒸汽压VAPORPRESSURE延时符1.Cu2O与CuO选择FeCl2做氯化剂，是因为FeCl3的蒸汽压比FeCl2大，更容易挥发；2.Cu3Cl3的蒸汽压均高于CuCl和CuCl2，在高温下CuCl与CuCl2易转化为Cu3Cl3；3.Cu3Cl3与CuCl2在反应温度下，蒸汽压均高于FeCl2，所以Cu2O和CuO选择与FeCl2进行反应，Cu能顺利的氯化除去；4.Cu与FeCl2不反应，但FeCl3具有氧化性，可以与Cu发生反应。

优势区间图PREDOMINANCEDIAGRAM在373973K温度范围内，控制氧分压和氯分压在图示阴影区域内，可以发现，Cu能在Fe氧化物稳定存在的同时被选择性氯化，并且Cu的氯化占主导地位。

分析氧分压和氯分压的数值大小，Cu在Cu-Fe-Cl-O体系中很容易发生氯化反应。

化学反应ChemicalReaction49920.9104.7T,J/mol（350550K）Cu（s）2FeCl3（s）CuCl2（g）2FeCl2（s）Cu-FeCl3体系368786.0246.4TJ/mol（8001000K）Cu2O（s）FeCl2（s）2CuCl（g）FeO（s）Cu2O-FeCl2体系184548.8162.7TJ/mol（8001000K）CuO（s）FeCl2（s）CuCl2（g）FeO（s）CuO-FeCl2体系动力学研究第三部分Cu-FeCl3体系Cu2O-FeCl2体系Cu-FeCl3SystemCuO-FeCl2体系Cu2O-FeCl2SystemCuO-FeCl2System动力学研究KINETICSTUDY延时符温度升温速率载气流量动力学Cu-FeCl3体系Cu-FeCl3SYSTEM延时符温度以升温速率为10/min升温至373K、423K、473K和523K保温60min，Ar气流量为50mL/min的TG-DTA曲线图Cu-FeCl3体系Cu-FeCl3SYSTEM延时符通过氯化率来反映温度对反应体系的影响，如图，可发现氯化率先随温度的升高而增加，并在423K达到最大值61.21%，继续升高温度，氯化率降低，因此Cu-FeCl3体系在升温速率为10/min，Ar气流量为50mL/min，373523K温度范围内的最佳反应温度为423K。

温度对氯化率的影响Cu-FeCl3体系Cu-FeCl3SYSTEM延时符通过氯化率来反映升温速率对反应体系的影响，条件为以升温速率为10、20、30和40/min升温至473K保温60min，Ar气流量为50mL/min，如图，可发现氯化率随升温速率的升高而增加，在升温速率为40/min达到最大值85.2%，因此Cu-FeCl3体系在升温速率1040/min范围内的最佳反应升温速率为40/min。

升温速率对温度的影响Cu-FeCl3体系Cu-FeCl3SYSTEM延时符通过氯化率来反映载气流量对反应体系的影响，条件为以升温速率为10/min升温至473K保温60min，Ar气流量为30、50、70和90mL/min，如图，可发现氯化率随载气流量的升高先呈降低后增大再趋于平缓，在载气流量为70mL/min时，达到最大值90.48%，因此Cu-FeCl3体系在载气流量为3090mL/min范围内的最佳反应载气流量为70mL/min。

载气流量对温度的影响Cu-FeCl3体系Cu-FeCl3SYSTEM延时符不同温度下Cu-FeCl3体系中Cu浓度随时间变化图体系Cu浓度:

Cu的浓度与时间呈线性关系，所以判定该反应为0级反应，其反应速率为：

（2）

（1）Cu-FeCl3体系Cu-FeCl3SYSTEM延时符lnk1/T图可决系数R2=0.979，拟合程度较好，斜率为-2.699，则Ea=22.44kJ/mol，根据冶金动力学中的扩散为控制步骤的活化能低于40KJ/mol，动力学区的判断标准是40300KJ/mol，所以判断反应过程的控制性步骤为扩散控制。

Cu2O-FeCl2体系Cu2O-FeCl2SYSTEM延时符温度以升温速率为20/min升温至823K、873K、923K和973K保温60min，Ar气流量为50mL/min的TG-DTA曲线图Cu2O-FeCl2体系Cu2O-FeCl2SYSTEM延时符以升温速率为20/min升温至823K保温60min，Ar气流量为50mL/min的TG-DTA曲线图CuO-FeCl2体系CuO-FeCl2SYSTEM延时符温度以升温速率为20/min升温至823K、873K、923K和973K保温60min，Ar气流量为50mL/min的TG-DTA曲线图Cu2O/CuO-FeCl2体系Cu2O/CuO-FeCl2SYSTEM延时符通过氯化率来反映温度对Cu2O/CuO-FeCl2体系的影响，条件是以升温速率为20/min，Ar气流量为50mL/min，如图，可发现Cu2O-FeCl2体系的氯化率先随温度的升高而增加，在873K达到最大值为97.16%，继续升高温度，氯化率有所降低，但趋于平缓，而CuO-FeCl2体系的氯化率先随温度的升高而增加，在973K达到最大值为88.68%，因此在823973K温度范围内的最佳反应温度分别为873K和973K。

温度对氯化率的影响延时符通过氯化率来反映升温速率对Cu2O/CuO-FeCl2体系的影响，条件是以升温速率为10、20、30和40/min升温至873K保温60min，Ar气流量为50mL/min，如图，可发现Cu2O/CuO-FeCl2体系的氯化率随升温速率的升高先呈增加后减小的趋势，在升温速率为20/min时，均达到最大值为97.18%和62.46%，因此Cu2O/CuO-FeCl2体系在升温速率1040/min范围内的最佳反应升温速率均为20/min。

升温速率对温度的影响Cu2O/CuO-FeCl2体系Cu2O/CuO-FeCl2SYSTEM延时符通过氯化率来反映载气流量对Cu2O/CuO-FeCl2体系的影响，条件是以升温速率为20/min升温至873K保温60min，Ar气流量为30、50、70和90mL/min，如图，可发现Cu2O/CuO-FeCl2体系的氯化率随载气流量的升高呈先增大后减小的趋势，在载气流量为50mL/min时，均达到最大值为97.18%和62.46%，因此Cu2O/CuO-FeCl2体系在载气流量为3090mL/min范围内的最佳反应载气流量均为50mL/min。

载气流量对温度的影响Cu2O/CuO-FeCl2体系Cu2O/CuO-FeCl2SYSTEM延时符不同温度下Cu2O/CuO-FeCl2体系中Cu浓度随时间变化图体系Cu浓度:

Cu的浓度与时间呈线性关系，所以判定该反应为0级反应，其反应速率为：

（2）

（1）Cu2O/CuO-FeCl2体系Cu2O/CuO-FeCl2SYSTEM延时符A线段:

lnk1/T图斜率为-16.331和-19.919，则Ea=135.87和165.61kJ/mol，反应过程的控制性步骤为化学反应控制。

斜率为-4.378和-1.844，则Ea=36.40和15.33kJ/mol，反应过程的控制性步骤为扩散控制，在873K发生转折，存在一个温度拐点，相当于是氯化过程动力学区（A线段）过渡到扩散区（B线段）的转变点。

B线段:

Cu2O/CuO-FeCl2体系Cu2O/CuO-FeCl2SYSTEM结论及总结第四部分结论总结ConclusionSummary感谢语ThankYou结论SOLUTION延时符123通过热力学分析，Cu-Fe-Cl-O体系中，Cu元素在氧化条件下，优先于Fe发生氯化挥发反应；Cu-FeCl3体系的最佳反应条件为以40/min升温至423K，Ar气流量为70mL/min；Cu2O-FeCl2体系的最佳反应条件为以20/min升温至873K，Ar气流量为50mL/min；CuO-FeCl2体系的最佳反应条件为以20/min升温至973K，Ar气流量为50mL/min；Cu-FeCl3体系反应过程的控制性步骤为扩散控制，其活化能为22.44kJ/mol；Cu2O-FeCl2体系动力学区的活化能为135.87kJ/mol，反应过程的控制性步骤为化学反应控制。

扩散区的活化能为36.40kJ/mol，控制性步骤为扩散控制；CuO-FeCl2体系动力学区的活化能为165.61kJ/mol，控制性步骤为化学反应控制。

扩散区的活化能为15.33kJ/mol，控制性步骤为扩散控制。

THANKS!

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