Восстановление металлов из оксидов

Многие процессы выплавки сплавов завершаются операцией освобождения сплавов от избытка кислорода - раскислением. Удаление кислорода из оксида, растворенного в металлическом расплаве, или восстановление оксидов, находящихся в шлаке, определяет качество и свойства металла.

Для того чтобы произошло разложение оксида и выделение из него металла необходимо, чтобы упругость диссоциации оксида была больше парциального давления кислорода в газовой фазе, то есть

> .

Вакуумирование пространства над расплавом не обеспечивает это условие. Более эффективным способом является химическое связывание кислорода с помощью элементов, обладающих большей степенью химического сродства к кислороду, чем восстанавливаемый металл. Оценить эффективность элементов-восстановителей, можно по величине изменения изобарно-изотермического потенциала образования оксидов.

На практике в качестве восстановителей используют твёрдый углерод С, СО, Н₂, многокомпонентные газовые природные смеси и др.

Термодинамически процесс восстановления может быть представлен в виде совокупности двух обратимых реакций: взаимодействия металла и восстановителя с кислородом.

Если восстановителем является СО, то реакции имеют вид:

2МеО↔ 2Ме + О₂( ),

2СО₂ ↔ 2СО + О₂( ).

Итоговая реакция получается при вычитании реакции 2 из реакции 1:

МеО + СО ↔ Ме + СО₂( ).

Изобарно-изотермический потенциал итоговой реакции

= ½ ( - ).

Константы равновесия реакций 1 и 2:

, .

Завершенность реакции характеризуется равновесным состоянием газовой фазы.

Направление процесса и суммарный результат будут определяться соотношением величин и . Величина и знак процесса определяются свойствами реагирующих оксидов и составом газовой фазы в начальном и конечном состояниях.

Если условия реагирования отличны от стандартных, то на величину оказывает влияние исходный составов системы.

Условия протекания процессов в рассматриваемой системе:

1). Восстановление оксида, если <0, т.е. > ;

; .

2). Окисление металла, если >0, т.е. < ;

; .

3). Равновесное состояние. =0, т.е. = ;

; .