Восстановление оксидов железа

1. Восстановитель СО. Реакции восстановления оксидов железа могут быть представлены в следующем виде:

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂; ∆H₁= - 53, 74 кДж;

Fe₃O₄ + CO↔ 3FeO + CO₂; ∆H₂= 36, 68 кДж;

FeO +CO↔ Fe + CO₂; ∆H₃= - 16, 26 кДж.

Эти реакции протекают последовательно при температуре выше 570°С. При более низкой температуре железо восстанавливаетсянепосредственно из магнитной окиси железа Fe₃O₄ по реакции:

1/4Fe₃O₄+CO↔ 3/4 Fe + CO₂; ∆H₄= - 2,87 кДж.

Для всех реакций .

Числовые значения констант равновесия реакций восстановления железа понижаются скачком при переходе от высших оксидов к низшим.

2. Восстановитель твёрдый углерод. Реакции восстановления:

3Fe₂O₃ + C → 2Fe₃O₄ + CO; ∆H₁= 118,82 кДж;

Fe₃O₄ + C→ 3FeO + CO; ∆H₂= 209,26 кДж;

FeO +C→ Fe + CO; ∆H₃= 156,50 кДж.

Реакция прямого восстановления в общем виде:

МеО + С ↔ Ме + СО.

Реакция между двумя твёрдыми компонентами оксидом и твёрдым углеродом ограничивается из-за недостаточного контакта между их поверхностями и низкой скоростью диффузии углерода в твёрдом оксиде.

В условиях пониженных температур реакция прямого восстановления может иметь вид:

2МеО + С ↔ 2Ме + СО₂.

Если в процессе восстановления оксида углеродом происходит образование карбида, то состав равновесной газовой фазы смещается в сторону меньшего содержания СО и понижается температура начала восстановления.

3. Восстановитель - металл Ме'', обладающий более высоким химическим сродством к кислороду, чем металл Ме' восстанавливаемого оксида.

Ме'О + Ме'' ↔ Ме' + Ме''О.

Для этой реакции ∆G° = ½ (∆G°_Ме''О - ∆G°_Ме'О).

Восстановление будет протекать, если <0, т.е. > .

Система будет находиться в равновесии, если =0; = .

Следовательно, полнота завершения реакции восстановления оксида металлом будет тем большей, чем больше разница в величине приращения изобарного потенциала для образующегося и восстанавливаемого оксидов.

Большое значение в протекании процессов восстановления оксидов имеют разнообразные кинетические факторы.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ШЛАКОВЫХ РАСПЛАВОВ

В процессах черной металлургии участвуют две несмешивающиеся жидкие фазы с различным удельным весом: металл – расплав железа, содержащий другие элементы, и шлак – расплав оксидов и солей.

Взаимодействие между этими фазами имеют первостепенное значение, но изучение процессов с участием расплавов весьма затруднительно, так как они протекают при высоких температурах.

Для изучения процессов с участием расплавов важно знать их строение, то есть природу частиц, образующих жидкость и энергию их взаимодействия.