FeO-CaCl2体系氯化脱铜的基础研究

针对钢液脱铜困难这一课题，结合氯化脱铜这一设想进行基础理论研究。主要内容包括：对Fe-Cu-Ca-O-Cl体系进行热力学分析，绘制优势区域图，根据Fe-Cu-Ca-O-Cl体系优势区图分析生成(CuCl)3(g)的热力学条件。计算标准状态和非标准状态的Gibbs自由能。研究反应方程[Cl-]+[Cu+]+ (O2-)+(Ca2+)= (CuCl)(g)+(CaO)(s)的化学平衡常数K。进而研究FeO-CaCl2体系氯化脱铜反应的动力学。研究Cu氯化挥发过程的反应速率，确定反应的限制性环节、反应温度及气氛组成等对反应速率的影响。建立CaCl2气泡的半径与CaCl2气泡上浮距离关系的动力学模型。得到FeO-CaCl2体系氯化脱铜技术的基础理论。该研究从理论研究出发，希望找到能融合现有钢液精炼工艺的脱铜新技术，从而促进钢液脱铜难题的解决。

目前大量使用的合金和复合材料，许多有色金属（如Cu，Zn，Sn等）被复合到铁系材料中，而且由于找不到可行的经济脱除方法，废钢经多次循环利用后，在钢中不断富集，其中铜的富集率最大，且对钢的质量影响也最严重。因此，如何有效去除废弃金属中的有害元素，已引起各国冶金工作者的普遍关注。.利用氯化冶金原理对FeO-Cu2O-CaCl2体系、Fe3O4-Cu2O-CaCl2体系以及Fe2O3-Cu2O-CaCl2体系选择性氯化分离Fe和Cu进行了研究，结果如下：.（1）对FexOy-Cu2O-CaCl2体系选择性氯化分离Fe、Cu进行了热力学研究，计算结果表明了用CaCl2作氯化剂进行FexOy-Cu2O体系选择性氯化分离Fe、Cu的可能性。.（2）研究了载气流量、反应温度、CaCl2加入量以及SiO2加入量对FexOy-Cu2O-CaCl2体系选择性氯化挥发反应的影响。随着CaCl2加入量的增大与反应温度的升高，FexOy-Cu2O-CaCl2体系中Cu的氯化挥发率增大；酸性氧化物SiO2的加入可以大大增大体系中Cu氯化挥发反应速率以及Cu氯化挥发率。相同条件下，Fe3O4-Cu2O-CaCl2体系与Fe2O3-Cu2O-CaCl2体系选择性氯化分离Fe、Cu的效果远远优于FeO-Cu2O-CaCl2体系。即体系氧分压的提高可以增强FexOy-Cu2O-CaCl2体系选择性氯化分离Fe、Cu的效果。.（3）对FexOy-Cu2O-CaCl2体系与FexOy-Cu2O-CaCl2-SiO2体系Cu的选择性氯化挥发反应进行了动力学分析，基于表观一级反应推导了氯化挥发反应动力学公式，根据实验数据拟合得到了体系中Cu氯化挥发反应的速率常数，并计算了体系中Cu氯化挥发反应的表观活化能。结果表明，SiO2的加入可以增加体系中Cu氯化挥发反应的速率常数。FeO-Cu2O-CaCl2、Fe3O4-Cu2O-CaCl2与Fe2O3-Cu2O-CaCl2体系中Cu氯化挥发反应的表观活化能分别为57.17kJ/mol、58.30kJ/mol与104.34kJ/mol。体系中Cu氯化挥发反应的控速环节可能是化学反应控速。.（4）对FeO-Cu2O-CaCl2–SiO2体系脱铜的动力学条件研究。选取了第一部分实验效果较好的成分进行实验，实验结果表明在1000℃下焙烧120min后，Cu脱除率在87.88