Особенности восстановления оксидов железа водородом.

Восстановление оксидов железа водородом протекает также по двум схемам: в две стадии при температурах ниже 570 ^ОС и в три стадии при температурах выше 570 ^ОС.

Реакции восстановления оксидов железа водородом подобны реакциям восстановления окисью углерода:

-12,.5 кДж/кг Fe (2.1‑9)

-867 кДж/кг Fe при t<570^OC (2.1‑10)

-372 кДж/кг Fe при t>570^OC (2.1‑11)

-497 кДж/кг Fe при t>570^OC (2.1‑12)

На рисунке приведена диаграмма равновесных газовых смесей Н₂ и Н₂О_пар с окислами железа и железом.

Тепловые эффекты реакций отрицательные - все линии нисходящие.

Сравнивая условия термодинамического равновесия процессов восстановления железа монооксидом углерода и водородом, следует отметить:

При температуре 810 ^ОС в равновесных газовых фазах с Fe₃O₄, FeO и Fe устанавливается одинаковое соотношение газов - восстановителей и его окислов. То есть окись углерода и водород при температуре 810 ^ОС обладают одинаковым сродством к кислороду, одинакова их восстановительная способность.

При температурах ниже 810 ^ОС водород, как восстановитель, слабее монооксида углерода (для протекания восстановительного процесса при одних и тех же температурах доля водорода в газовой фазе должна быть выше, чем доля монооксида углерода).

При температурах выше 810 ^ОС водород становится более сильным восстановителем.

Водород восстанавливает окислы железа быстрее, чем монооксид углерода. Это объясняется тем, что молекулы водорода быстрее диффундируют к поверхности не восстановленного окисла (через слой продуктов восстановления и примыкающую к куску пленку газа) и лучше адсорбируется в ней, чем СО. Кроме того, образующиеся при восстановлении, пары воды реагируют с монооксидом углерода с образованием водорода:

(2.1‑13)

Образовавшийся водород может вновь принять участие в восстановлении. Таким образом, водород оказывается промежуточным реагентом, передающим кислород от окислов железа окиси углерода. Водород существенно ускоряет процесс косвенного восстановления.