Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Физико-химические основы получения ферросплавов




 

Все металлы и металлоиды, необходимые для получения ферросплавов, в природе находятся в связанном состоянии в виде оксидов и сернистых соединений (SiO2, MnO2, Cr2O3, MoS2 и др.) и требуют восстановления.

Поэтому, при получении ферросплавов основной задачей является восстановление металла (или металлоида) из его соединения с кислородом (серой) и получение соответствующего сплава с железом или другими элементами.

В составе руд и концентратов, применяемых для выплавки ферросплава, кроме кислородных соединений элементов, которые должны войти в состав ферросплава, содержатся и другие окcиды, которые не должны восстанавливаться. В процессе плавки ферросплава необходимо создать такие условия, которые способствуют восстановлению элементов, входящих в состав ферросплава, и препятствуют восстановлению посторонних оксидов, особенно тех, которые содержат вредные для данного ферросплава элементы. В качестве восстановителя следует использовать такой элемент, который в условиях выплавки ферросплава образует более прочный оксид, чем элемент, подлежащий восстановлению. Мерой, характеризующей прочность оксида, а также направление протекания химической реакции является изобарный потенциал его образования (изменение энергии Гиббса).

ΔGoт = ΔНoт – ТΔSoт

Где ΔНoт – изменение энтальпии реакции, кДж/г-моль или кДж/г-атом;

Т – температура, К;

ΔSoт – изменение энтропии реакции, кДж/К· г-моль или кДж/К · г-атом.

Значения ΔGoтв определенном интервале температур или при данной температуре приводятся в таблицах стандартных величин, что позволяет выполнить необходимые расчеты. Чем больше отрицательное значение изобарного потенциала образования оксида, тем более прочным он является.

По уменьшению химического сродства к кислороду, характеризующего прочность образующихся оксидов, выраженному изменением энергии Гиббса, элементы располагаются в следующем порядке (при 1873 К): Ca, Се, Zr, Al, Mg, Ti, Si, B, V, C, Nb, Mn, Cr, P, Fe, Mo, W, Co, Ni, Cu. Положение углерода в этом ряду зависит от температуры, с повышением которой увеличивается химическое сродство углерода к кислороду и при достижении высокой температуры углерод может находиться в ряду перед кальцием.

Рисунок 6. Изобарные потенциалы образования оксидов.

 

На рис. представлена зависимость изменения ΔGoт от температуры для реакций образования оксидов. С повышением температуры химическое сродство элементов к кислороду уменьшается (увеличение ΔGoт), если в качестве продукта окисления образуется конденсированное вещество. При образовании газообразных оксидов (СO(г), SiO(r), Аl2O(г) и т. д.) химическое сродство элементов к кислороду с повышением температуры увеличивается. Характер зависимости ΔGoт от температуры позволяет заключить, что применение углерода в качестве восстановителя для получения ферросплавов в условиях высоких температур дает возможность восстанавливать самые прочные оксиды. В качестве критерия начала восстановления чистого оксида углеродом при образовании чистого элемента может быть выбрана температура, при которой

ΔGoт = 0 (PCO=100 кПа). Низшие оксиды других элементов устойчивы только при высоких температурах.

Различие химического сродства элементов к кислороду объясняется природой химических элементов и строением их атомов: с увеличением числа валентных электронов изолированного атома уменьшается термодинамическая прочность оксидов соответствующих элементов. Элементы, образующие прочные оксиды, могут служить восстановителем оксидов элементов, обладающих меньшей прочностью. Такие реакции протекают практически при всех процессах, где существуют металлическая и оксидная (шлаковая) фазы. Это положение использовано для выбора в качестве восстановителей при получении ферросплавов кроме углерода также кремния и алюминия. Металлы, располагающиеся в левой части ряда, можно применять в качестве восстановителей для элементов, располагающихся в правой части ряда. Чем больше различие между изобарным потенциалом образования получающегося и восстанавливаемого оксидов, тем полнее может осуществиться металлотермическая реакция. Если реакция протекает недостаточно полно, то в образующихся продуктах реакции окажутся значительные количества реагирующих веществ.

Так, например, при восстановлении закиси марганца кремнием по реакции

2MnO + Si = 2Mn + SiO2 не вся закись марганца восстанавливается. Невосстановленная закись марганца образует с продуктом восстановления (кремнеземом) шлак, а неизрасходованная часть кремния сплавляется с марганцем, загрязняя его ненужным элементом. Если же закись марганца восстанавливается алюминием по реакции

ЗMnО + 2Аl = ЗMn + Al2O3, то реакция протекает значительно полнее. Образующийся марганец содержит мало алюминия, а шлак содержит мало закиси марганца. Большая полнота восстановления в данном случае объясняется большим различием между

изобарными потенциалами образования глинозема и закиси марганца. Полноту восстановления оксидов при металлотермических процессах можно также увеличить путем уменьшения активности образующегося оксида. При силикотермических процессах это достигается путем введения в шихту извести; окись кальция образует с кремнеземом силикат кальция, что уменьшает активность кремнезема.

Поделиться:





Читайте также:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...