И водородом

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА ОКСИДОМ УГЛЕРОДА

Восстановление оксидов железа, в соответствии со схемой А.А. Байкова, происходит последовательно, от высшего к низшему и металлу. При температурах выше 570 °С (843 К) в превращениях участвуют все оксиды железа, процесс идет по схеме , при температуре ниже 843 К – по схеме .

Химические реакции восстановления оксидов железа оксидом углерода имеют вид (при Т >843 К):

; (15)

; (16)

. (17)

При Т < 843 К происходит непосредственное восстановление до железа по реакции

. (18)

Константы равновесия этих реакций выражают отношением равновесных парциальных давлений и

(19)

и вычисляют по уравнениям

. (20)

Реакции восстановления оксидом железа водородом и их термодинамические функции имеют вид:

; (21)

; (22)

. (23)

При температуре ниже 843 К не образуется, но протекает реакция

. (24)

Константы равновесия для реакций (21–24) имеют вид

и вычисляют по уравнениям

.

В соответствии с правилом фаз для трех компонентов и трех фаз (две твердые, одна газовая фаза) С=К+2–Ф=3+2–3=2, то есть для определения равновесного состава газовой фазы нужно задать температуру и давление. Общее давление равно сумме равновесных давлений газовых компонентов. Система уравнений будет иметь вид [3]:

или . (25)

Далее следует

или . (26)

Соответственно:

; (27)

. (28)

Пример. Рассчитать равновесные составы газовой фазы в реакциях восстановления оксидов железа водородом при температуре 1200 °С, Р =1 атм.

Решение. При Т = 1200 °С (1473 К) по реакциям (21–23) восстановление оксидов железа сопровождается изменением энергии Гиббса:

Дж;

;

Дж;

;

Дж;

.

Для реакции (21)

;

.

Для реакции (22)

;

.

Для реакции (23)

;

.

Задание. Определить равновесные составы газовых фаз реакций восстановления оксидов железа оксидом углерода и водорода при заданной температуре (табл. 6).

Таблица 6

№ варианта	Т, К	№ варианта	Т, К	№ варианта	Т, К

Контрольные вопросы

1. Общая схема восстановления оксидов железа газами.

2. Факторы, влияющие на последовательность восстановления оксидов железа.

3. Термодинамические особенности восстановления оксидов железа водородом.

4. Особенности восстановления оксидов железа водородом.

Дата добавления: 2015-07-02