對(duì)鐵的各級(jí)氧化物若干問題的思考

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）35-0287-01

金屬氧化物的還原是冶金永恒的主題。鐵的各級(jí)氧化物的還原問題則是冶金的根本問題。所以緊緊圍繞鐵的各級(jí)氧化物而展開的相關(guān)問題，就是冶金的重點(diǎn)課題。筆者因此談幾點(diǎn)看法，以期拋磚引玉、引領(lǐng)成功。

由于鐵的化合價(jià)有顯+2價(jià)也有顯+3價(jià)之別，所以鐵的氧化物就有多種，這是鐵氧化物區(qū)別于其它金屬氧化物的特點(diǎn)。鐵的各級(jí)氧化物具體包括：Fe2O3、Fe3O4、FeO，其化學(xué)通式為FexOy。

（1）既然有多種，那么辨析就成了凸顯第一位的問題。Fe3O4等價(jià)于Fe2O3·FeO，由此可見，它是介于Fe2O3與FeO兩者之間的過渡產(chǎn)物，可以認(rèn)為是Fe2O3與FeO兩者相互作用的結(jié)果。因此，F(xiàn)e3O4可簡(jiǎn)單理解為是由Fe2O3與FeO兩者組成的機(jī)械混合物。

Fe2O3是鐵高價(jià)氧化物（其中Fe顯+3價(jià)）它沒有再進(jìn)一步氧化的可能，但有被還原的可能；FeO是鐵低價(jià)氧化物（其中Fe顯+2價(jià)），它既可以被氧化，也可以被還原，被氧化得Fe2O3（或Fe3O4），被還原則得鐵Fe。

（2）各級(jí)氧化物可以相互轉(zhuǎn)化，彼此關(guān)系可以理順為氧化——還原關(guān)系。值得一提的是由Fe2O3→Fe或者由FeO→Fe或者Fe3O4→Fe，都說明是還原反應(yīng)，對(duì)此一致認(rèn)同。其實(shí)，如Fe2O3→FeO也同樣是還原反應(yīng)，這一點(diǎn)卻往往被忽略。這里，只要牢牢把握氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是有電子得失（有化合價(jià)變化）就能迎刃而解。

（3）各級(jí)氧化物含氧量（或含鐵量）分析、比較，由此得出相應(yīng)的重要結(jié)論。

鐵礦石富含F(xiàn)e2O3，所以高爐煉鐵，鐵礦石是煉鐵供氧的主要來源。當(dāng)脫碳任務(wù)繁重加之磷含量又偏高，就要考慮采用氧槍供氧（直接供氧）加以輔助。

Fe2O3氧含量既然最高，那么其鐵含量就是最低即鐵品位最低，所以由Fe2O3還原鐵焦比高。而FeO則恰恰相反，其鐵含量最高，所以由FeO還原鐵焦比低。高爐煉鐵增大氧化鐵皮（FeO）用量，則可大大提高煉鐵收得率，同時(shí)也會(huì)使煉鐵能耗有所降低。

各級(jí)氧化物的熔點(diǎn)，可查閱冶金熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)而得。不過粗略分析、大致判斷更加有利于理解并促進(jìn)記憶：

由實(shí)際還原的任一路徑，如：

都可以看出：FeO是處于“食物鏈”中鐵的近端。因而其熔點(diǎn)最高（但低于鐵Fe）；Fe2O3則處于鐵的最遠(yuǎn)端，因而熔點(diǎn)最低，其余可以以此類推。

熔點(diǎn)高則成渣晚，可一旦成渣，化渣能力就極強(qiáng)。FeO也因此被譽(yù)為化渣劑（也稱助溶劑），文獻(xiàn)稱FeO為化渣劑。其實(shí)，F(xiàn)e2O3也有不遜色的化渣能力，只不過次于FeO所以才沒有被冠以化渣劑（或助溶劑）之名譽(yù)。

需要指出的是，固相時(shí)可能也會(huì)有還原反應(yīng)在進(jìn)行，因?yàn)楫吘挂灿袣?固反應(yīng)之說。但相形之下微不足道（與成渣后相比）。冷態(tài)FeO還原得鐵所需全部熱量等于：

FeO達(dá)到其熔點(diǎn)并完全熔化所需熱量+FeO還原期間（從還原開始到結(jié)束）所吸收的熱量。

為化難為易增進(jìn)理解，筆者特別加以疏理、補(bǔ)充如下：

這里a-675℃，b-737℃。為表達(dá)方便，不妨約定：a點(diǎn)以下溫度即稱“低溫”，a、b兩點(diǎn)間溫度即稱“高溫”。

低溫時(shí)則是Fe3O4的穩(wěn)定存在區(qū)，該溫度下發(fā)生的是如下還原反應(yīng)：

中溫時(shí)則是FeO的穩(wěn)定存在區(qū)，該溫度下既發(fā)生了還原反應(yīng)，同時(shí)又發(fā)生了氧化反應(yīng)即：

高溫時(shí)則是產(chǎn)物鐵（Fe）穩(wěn)定存在區(qū)，此時(shí)，還原路線即：

Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe

由此可見，各級(jí)氧化物的還原過程是分步、逐級(jí)完成的并非“一步到位”，盡管有“一步到位”的反應(yīng)式，如：

2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2

但那也是由先分步后迭加而成的：

3Fe2O3+C=2Fe2O4+CO

Fe2O4+C=3FeO+CO

FeO+C=Fe+CO

C+CO2=2CO

疊加得：2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2

各種形態(tài)的氧化物最終都以FeO的形態(tài)還原得鐵。

所以，煉鐵時(shí)就要懂得不能急于求成，要煉好鐵就要先煉好渣。要提高煉鐵的收得率，就得先練好渣并盡量提高其產(chǎn)量，而后才能最終提高所煉鐵的產(chǎn)量。

“紙上談兵終覺淺”一朝實(shí)踐顯神威。一座廢棄的鐵架，從其上選取了有代表性的幾處，收集了鐵銹樣本，一處是銹蝕得很厲害近乎要脫落的部位，一處是略有銹跡之表面，一處則是與地面接壤的潮濕部位。如何確定所收集的樣本各自的化學(xué)成分？

筆者就此曾一度困惑不解，由衷感嘆“書到用時(shí)方恨少”。本想就此討教一、二，后經(jīng)深入思考、悉心研究，終于破解：

從銹的不能再銹近乎要?jiǎng)兟涞牟课?，收集的樣本，其化學(xué)成分應(yīng)當(dāng)認(rèn)定是Fe2O3（因?yàn)椴荒茉龠M(jìn)一步氧化）。

從略顯銹跡、表面輕度銹蝕之處刮取的，應(yīng)該是鐵最親和的那一層（貼身層），進(jìn)一步氧化應(yīng)該是該層的氧化從而保護(hù)里面的鐵氧化，因此，刮取的，其化學(xué)成分應(yīng)當(dāng)是FeO并由此推知：FeO有充當(dāng)鐵防銹保護(hù)膜的作用。

從與地面接壤的潮濕部位收錄的樣本，其化學(xué)成分可以認(rèn)定是水銹——Fe2O3·nH2O。

參考文獻(xiàn)

[1]丁亞茹，張 順.冶金基礎(chǔ)知識(shí)，北京：冶金工業(yè)出版社.

[2]王火清.冶煉基礎(chǔ)知識(shí)，北京：冶金工業(yè)出版社.

收稿日期：2018-11-1