Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Физико-химические основы процесса восстановления окислов и солей

01.05.2019


Получение металлических порошков восстановлением окислов и солей является одним из наиболее распространенных методов. Порошки, полученные по этому способу, обычно имеют невысокую стоимость. Этот метод является наиболее экономичным при условии использования в качестве исходного материала непосредственно руд, отходов металлургических производств (прокатной окалины) и других дешевых видов сырья.

В промышленности метод восстановления широко применяется для получения порошков таких металлов, как железо, медь, никель, кобальт, вольфрам, молибден. Это объясняется как экономичностью метода, так и относительной простотой процесса и возможностью легкого регулирования при изготовлении размером и формой частиц порошка. Восстановленные порошки хорошо прессуются и спекаются.

Рассмотрим вкратце физико-химические основы процесса восстановления окислов. Под восстановлением в технике понимают превращение окисла или соли в элемент или низший окисел (низшую соль), например путем отнятия кислорода (или кислотного остатка) с помощью другого вещества — восстановителя. Простейшая реакция восстановления окисла имеет следующий вид:
Физико-химические основы процесса восстановления окислов и солей

где Me — любой металл, дающий окисел MeO; X — элемент-восстановитель.

Для протекания этой реакции необходимо, чтобы химическое сродство элемента X к кислороду было больше, чем у металла.

За меру химического сродства к кислороду обычно принимают изменение изобарного термодинамического потенциала AZ.

где Aр — максимальная работа реакции при постоянном давлении, R — газовая постоянная, T — абсолютная температура, Kр — константа равновесия реакции.

Чтобы оценить направление реакции (I.1), нужно сопоставить величины AZ для MeO и XO. В соответствии с выражением (I.2) для реакций 2Ме + O2 = 2МеО и 2Х + O2 = 2XO можно написать

где (РO2)MeO и (PO2)XO — упругости диссоциации окислов MeO и XO. Чем выше сродство элемента к кислороду, тем больше понижение термодинамического потенциала, т. е. условием протекания реакции (I.1) в сторону восстановления металла является AZ2 меньше AZ1, или по абсолютной величине AZ2 больше AZ1. На рис. 1 показано изменение химического сродства металлов к кислороду в зависимости от температуры. Металл, у которого сродство к кислороду больше, может восстанавливать металлы с меньшим сродством к кислороду.

Из выражений (I.3а) и (I.3б) также следует, что для восстановительного хода реакции (I.1) необходима меньшая упругость диссоциации соединения XO по сравнению с MeO, т. е. соотношение AZ2 меньше AZ1 эквивалентно соотношению (PO2)XO меньше (РО2)MeO. Чем ниже упругость диссоциации окислов и чем ниже соответственно значение AZ, тем труднее восстанавливаются окислы. Легко восстановимыми окислами являются окислы меди, никеля, кобальта, вольфрама, молибдена и железа. Труднее восстанавливаются окислы хрома, марганца, ванадия, кремния, алюминия и магния.

Восстановимость окислов может также оцениваться по тепло-там их образования. Во многих случаях такая характеристика дает правильную качественную картину, но между изменением теплоты образования окислов от элемента к элементу и значениями термодинамического потенциала (или величинами упругости диссоциации) не всегда имеется соответствие. Поэтому оценка сродства к кислороду только по величине теплот образования не является строгой.

В металлургии вообще и в порошковой металлургии в частности различают восстановление газами, углеродом и металлами (металлотермия). Ниже будут кратко охарактеризованы эти виды восстановления.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: