Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Физико-химические основы восстановительных процессов
Одним из условий получения чугуна в ДП является удаление кислорода из оксидов, металлы которых входят в состав чугуна. Процесс отнятия кислорода от окисла и получения из его элемента или окисла с меньшим содержанием кислорода называется восстановлением. С восстановлением протекает окисление вещества, к которому переходит кислород окисла. Это вещество называется восстановителем. Процесс восстановления оксидов восстановителем описывается уравнением
МеО + В → Ме + ВО, (49)
где MeО – восстанавливаемый оксид; В – восстановитель; Me – восстановленный металл; ВО – оксид восстановителя. Восстановительные процессы сопровождаются выделением или поглощением тепла, т.е. относятся к числу термохимических процессов. Химическая прочность оксида определяется силами химической связи данного элемента с кислородом, называемыми химическим сродством элемента к кислороду. Чем больше химическое сродство элемента к кислороду, тем прочнее оксид и тем труднее его восстановить. Химическое сродство элемента к кислороду характеризуется упругостью диссоциации оксида или стандартным изменением термодинамического потенциала при образовании оксидов из элементов ΔG°. Упругость диссоциации оксидов определяется парциальным давлением кислорода в системе, состоящей из окисла металла, кислорода и элемента металла, при котором система находится в равновесии (подобно рассмотренной ранее упругости диссоциации карбоната). Стандартное изменение изобарного термодинамического потенциала определяется из уравнения
ΔG0=ΔH298 – TΔS298, (50)
где ΔH298 – изменение энтальпии, численно равное тепловому эффекту реакции с обратным знаком, кДж/(ккал); Т – абсолютная температура, °К; ΔS298 – изменение энтропии при образовании окисла из элементов, кДж/°К(ккал/°К).
С увеличением сродства элемента к кислороду уменьшается упругость диссоциации окисла и возрастает отрицательное значение величины ΔG°. Восстановителем может быть элемент или химическое соединение, имеющее большее химическое сродство к кислороду, чем восстанавливаемый из окисла элемент, а условиями протекания восстановительного процесса являются неравенства
, . (51)
Чем больше эти неравенства, тем интенсивнее протекает процесс восстановления.
Химическая прочность оксидов металлов неодинакова, т. е. химическое сродство элементов к кислороду различное. Однако общей закономерностью для всех металлов является уменьшение их сродства к кислороду при повышении температуры. Зависимость величины ΔG°, характеризующей сродство некоторых элементов и их низших оксидов к кислороду, от температуры (рисунок 24). Все линии, характеризующие сродство металлов и их низших оксидов к кислороду - восходящие и только линия, характеризующая сродство углерода к кислороду- нисходящая. Это значит, что с увеличением температуры сродство металлов к кислороду уменьшается, а углерода – возрастает, т. е. увеличением температуры восстановительная способность углерода по отношению к оксидам металлов возрастает. Эту закономерность используют в металлургических процессах, применяя в качестве восстановителя широко распространенный в природе углерод. В ДП углерод может восстанавливать почти все металлы, показанные на графике, за исключением кальция, магния и алюминия. Для восстановления этих металлов углеродом требуется более высокая температура, чем достигаемая в доменной печи. При температурах правее точек пересечения нисходящей прямой окисления углерода он восстанавливает соответствующие элементы из их оксидов. Кроме углерода, восстановителями в доменной печи являются оксид углерода и водород. По взаимному положению линий на рисунке можно судить о химической прочности различных оксидов. Чем ниже расположена прямая, характеризующая величину ΔG° для реакции образования окисла, тем более прочен оксид. При Т = 1200° К все оксиды в порядке уменьшения прочности располагаются в следующем порядке: CaO, MgO, А12О3, TiО2, SiО2, MnO, Cr2O3, P2O5, Fe3O4, NiO, Fe2O3, Cu2O, Mn2O3, MnO2. Переломы на некоторых кривых объясняются изменением агрегатного состояния, вещества.
Рисунок 24 - Изменение химического сродства элементов и низших оксидов элементов к кислороду
Основная задача доменного процесса – это максимальное извлечение железа из руды в чугун путём их восстановления. Железо поступает в доменную печь в виде оксидов. Так вместе с агломератом, окатышами и рудой железо вносится в виде Fe3O4 и Fe2O3. При этом часть этих оксидов находятся в виде соединений с другими окислами.
Процесс восстановления железа из окислов согласно принципу А.А. Байкова о последовательности превращений протекает ступенчато от высших оксидов к низшим: при температуре >570°С
Fe2О3 → Fe3О4 → FeO → Fe,
при температуре <570°С
Fe203 → Fe304 → Fe.
Восстановление оксидов железа в доменной печи происходит как непосредственно углеродом, так и газами СО и Н2. Процесс восстановления оксидов железа углеродом принято считать прямым восстановлением, а газами – косвенным восстановлением. В условиях доменной печи восстановление оксидов железа происходит с достаточной скорость и начинается уже в верхних горизонтах печи. Оксид железа Fe2О3 начинает восстанавливаться уже при температурах 350 – 400 °С, магнетит - в интервале температур 600 – 800 °С, а оксид железа FeO при температурах 950 – 1000 °С.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; просмотров: 1241; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.80.131.164 (0.006 с.) |