Механізм відновлення оксидів твердим вуглецем

Рівняння МеО + С= Me + CO не відображає дійсного механізму реакції, яка протікає через декілька ступенів з обов'язковою участю газів як проміжних продуктів. Дійсна площа контакту твердих фаз між собою складає нікчемну частку загальної поверхні, тому безпосередня взаємодія оксиду з твердим вуглецем має другорядне значення. Розглянемо наступні можливі схеми цього процесу:

1. Двухступенчата схема. Одночасно протікають реакції непрямого відновлення і газифікації вуглецю вуглекислим газом. Тут відновлення здійснюється газом – СО, а вуглець лише бере участь в якості в регенерації газу СО.

МеО + СО = Ме + СО₂

СО₂ + С = 2СО

МеО + С = Ме + СО

Цей процес може протікати тільки тоді, коли обидві реакції йдуть достатньо швидко. В першу чергу по цій схемі може відбуватися відновлення тих оксидів, які успішно відновлюються тільки з допомогою СО. Це перш за все оксиди заліза, нікелю і інших металів з невеликою спорідненістю до кисню.

2. Двохстадійна (дісоциатівна) схема. По цьому шляху може йти відновлення оксидів, відмінних високою пружністю дисоціації, більше 1 Па. Спочатку відбувається дисоціація оксиду, а потім взаємодія кисню з вуглецем

МеО = Ме + 1/2О₂

С + 1/2О₂ = СО

МеО + С = Ме + СО

3. Схема з випаровуванням оксиду. В цій схемі мається на увазі, що при температурі відновлення швидкість випаровування оксиду буде великою і процес йтиме шляхом випаровування оксиду і подальшою його конденсацією на поверхні вуглецю з протіканням власне реакції відновлення

МеО_т = МеО_г

МеО_г + С_т = МеО_адс·С_т

МеО_адс·С_т = Ме_т + СО

МеО_т + С_т = Ме_т + СО

Таким шляхом може відбуватися відновлення летючих оксидів МоО₃, WО₃, Nb₂О₅ і інших при 630-870 К. Гранична швидкість відновлення визначається швидкістю випаровування оксиду. По цій же схемі може відбуватися відновлення А1₂О₃, MgO, Ta₂О_3, ZrО₂, а також кремнезему, при нагріванні якого утворюється летючий оксид SiO.

4. Безпосередня взаємодія твердих фаз. Хоча можливості контакту двох твердих фаз дуже невеликі, але все таки в місцях зіткнення йде реакція прямого відновлення. В місці контакту утворюється прошарок з відновленого металу або нижчого оксиду, через який йде дифузія реагентів. Ця схема реалізується при відновленні Ag₂О, CuO, Fe₂О₃ при 500 К.

Дата добавления: 2014-11-20