Теорія відновних процесів

У чорній металургії більшість металів в природному стані знаходиться у вигляді оксидів – це оксиди заліза, марганцю, хрому, кремнію та інші. Для витягання металу з руди у виробництві здійснюють процес відновлення. Процес відновлення можна розглядати і як окислювальний відносно відновника, оскільки віднімаючи кисень з молекули оксиду металу, він сам відновник – окислюється. Тому загалом ці процеси відносять до окислювально-відновних.

Реакція окислювально-відновного типу записуються у вигляді МеО + В = Ме + В; D Н ³£ 0.

Підсумовуванням двох реакцій, утворення оксиду відновника і утворення оксиду металу, одержуємо реакцію відновлення

1. В + 1/2О₂ = ВО

-

2. Ме + 1/2О₂ = МеО

3. МеО + В = ВО + Ме

По другому закону термодинаміки D G₃ = D G₁ – D G₂, D G = – RT ln K_P = RT ln ,

К₃ = К₁/К₂ = .

Для здійснення відновлення D G₃ повинно бути менше 0, це можливо коли D G₁ < D G₂, тобто спорідненість відновника до кисню більш ніж спорідненість металу до кисню. Відновником по відношенню до оксиду металу може бути будь-який елемент із спорідненістю до кисню більшим, ніж у відновлюваного металу, тобто D G _ВО < D G _МеО або _(BO) < _(MeO).

Таким чином, окислювально-відновні реакції знаходяться в рівновазі, якщо за даних умов (температурі, складі розчинів, ступені дисперсності фаз і т.п.) речовини Ме і В володіють однаковою спорідненістю до О₂, тобто пружності дисоціації їх оксидів рівні між собою. За відсутності рівноваги ці реакції завжди протікають у напрямі утворення міцнішого оксиду або оксиду з меншою в даних умовах пружністю дисоціації. Як відновники використовують лише ті речовини, які в даних умовах володіють великою спорідненістю до О₂, ніж відновлювані.

Керуючись цим і використовуючи розташування елементів за збільшенням спорідненість до кисню можна підібрати відновник для речовини, що цікавить нас. Залізо легко відновлюється Mn, Si, Al і т.д., навпаки, мідь і нікель не придатні для цієї мети. Вживання вказаних відновників виправдано при розкислюванні стали і в, так званих, металотермічних процесах. Відновниками звичайно служать кремній (силікотермія) і алюміній (алюмінотермія). Ці процеси використовується для отримання безвуглецевих феросплавів. Реакції відновлення при металотермічном відновленні протікають з виділенням тепла. Згідно правила Жемчужного процес може йти без зовнішнього підігріву, якщо на 1 г шихти виділяється не менше 2300 Дж теплоти.

Для масового виробництва різних сортів чавуну і звичних феросплавів використовують порівняно дешевий і широко поширений в природі відновник – вуглець. Процес називається вуглетермічним, який супроводжується неминучим навуглецьовуванням відновлених елементів

Дата добавления: 2014-11-20