Газофазно-твердофазный механизм карботермического восстановления твердых оксидов

А.В. Сенин
Южно-Уральский государственный университет,
г. Челябинск


В настоящее время отсутствует единая модель механизма карботермического восстановления твердых оксидов, существуют несколько частных моделей, которые в зависимости от типа оксида (термодинамически прочный или нет) и конкретной ситуации описывают процесс карботермического восстановления или его отдельные стадии. Перечислим некоторые схемы восстановления: контактная; диссоциативная; двухстадийная (адсорбционно-автокаталитическая); оксид-сублимационная; газокарбидная; электрохимическая; схема восстановления неустойчивыми газовыми частицами.

В двухстадийной схеме, которая чаще рассматривается как основной механизм восстановления в металлургии, восстанавливающим агентом считается монооксид углерода СО, роль твердого углерода сводится к регенерации СО в реакции газификации углекислым газом. Однако в наших работах [1, 2] было показано, что восстановительная способность СО крайне мала по отношению к термодинамически прочным оксидам, таким как MnO, Cr2O3, SiO2.

Авторы настоящей работы придерживаются рабочей гипотезы, что карботермическое восстановление осуществляется по смешанному «газофазно-твердофазному» механизму. Непосредственным восстановителем являются атомы углерода, выделяющиеся на поверхности твердого оксида в результате распада газообразных неустойчивых углеродсодержащих молекул, например CH4, CH3, CH2, CH, C3O2, которые выполняют роль переносчика углерода в газовой фазе. В пользу такого механизма говорят многочисленные данные о восстановлении оксидов в непроточной газовой атмосфере; газовой цементации стальных изделий; активирующем влиянии природного газа и углеводородной плазмы, молекулярного водорода только в присутствии твердого углерода. Известно, что практически все реакции в газовой фазе идут через стадии образования радикалов и даже малые концентрации транспортирующего агента (10–6…10–4 об.%) позволяют переносить макроколичества основного вещества.

Активация газовой фазы углеводородами и неустойчивыми газообразными радикалами видится как один из путей интенсификации твердофазного восстановления и получения металлов в низкотемпературной области, без расплавления и с уменьшением энергетических затрат.

Список литературы

1. Исследование восстановления хромита железа углеродом / А.В. Сенин, В.П. Чернобровин, Г.Г. Михайлов, И.Ю. Пашкеев, О.В. Кузнецова // Сталь. – 2004. – № 11. – С.41–45.

2. Теоретические основы процессов производства углеродистого феррохрома из уральских руд // В.П. Чернобровин, И.Ю. Пашкеев, Г.Г. Михайлов, А.А. Лыкасов, А.В. Сенин, О.А. Толканов. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. – 346 с.


Назад к списку