Теория металлургических процессов
  6.2 Термодинамическая характеристика реакций восстановления оксидов газами

Для восстановления твердых оксидов широко используются газообразные реагенты, которые по трещинам и порам легко проникают внутрь кусков восстанавливаемого материала и обеспечивают протекание реакции на наружной и внутренней его поверхности.

Далее основные закономерности восстановления оксидов металлов газообразными восстановителями будут показаны на примере восстановления оксида двухвалентного металла оксидом углерода по реакции

В соответствии с ранее принятой схемой реакцию (6.6) можно рассматривать как результат последовательного протекания частных реакций диссоциации оксида на металл и газообразный кислород и горения оксида углерода. Тогда в соответствии с законом Гесса

Из последнего соотношения можно видеть, что реакция (6.6) может быть как экзотермической, так и эндотермической. Если изменение энтальпии реакции образования оксида металла Дж/моль, реакция (6.6) будет экзотермической и наоборот.

Так как реакция (6.6) протекает практически без изменения объема взаимодействующих веществ, при сравнительно низких давлениях влиянием изменения давления на протекание реакции можно пренебречь.

Константа равновесия реакции (6.6) определяется из выражения

Если металл и оксид металла участвуют в реакции как чистые вещества, перейдя от парциальных давлений газов к их объемным концентрациям, получим

Если реакция (6.6) является экзотермической, при повышении температуры константа равновесия реакции уменьшается. При этом, как показано на рисунке 6.1, в равновесной газовой смеси увеличивается содержание СО, а содержание СО2 уменьшается.

Зависимость состава равновесной газовой фазы от температуры для экзотермической реакции восстановления оксида металла оксидом углерода

Рисунок 6.1 – Зависимость состава равновесной газовой фазы от температуры для экзотермической реакции восстановления оксида металла оксидом углерода

В каждом конкретном случае вывод о направлении реакции (6.6) может быть получен, исходя из величины изменения энергии Гиббса

Из уравнения (6.9) видно, что направление реакции определяется соотношениями фактических и равновесных концентраций СО и СО2 в газовой фазе. Если

изменение энергии Гиббса реакции является отрицательной величиной. Смесь такого состава будет восстановительной по отношению к оксиду. На рисунке 6.1 системам, в которых выполняется условие (6.10), соответствует область, расположенная выше равновесной кривой.

Область ниже равновесной кривой соответствует системам, газовая фаза которых по отношению к металлу является окислительной.

  6.2 Термодинамическая характеристика реакций восстановления оксидов газами
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ