Механизм и кинетические особенности восстановления

Металлов твердым углеродом

Присутствие твердого углерода расширяет число возможных взаимодействий в системе с участием растворов углерода в металле и карбидов. В кинетическом смысле эти реакции относятся к наиболее сложному варианту топохимического процесса.

Уравнение  в большинстве случаев не отражает действительного механизма реакции. Даже при достаточно хорошем измельчении частиц оксида металла и твердого углерода в смеси порошков фактическая поверхность контакта составляет ничтожную долю их общей поверхности, оцениваемую числами 10^–8...10^–7. Поэтому непосредственное взаимодействие твердых фаз затруднено. В ходе процесса контакт все время нарушается:

 – из-за блокировки продуктом реакции,

 – из-за протекания процесса газификации углерода.

Современное состояние этого вопроса таково, что нет установившегося мнения и обобщения угле- или карботермического восстановления оксидов. По вопросу о механизме прямого восстановления при объяснении экспериментальных данных имеются различные гипотезы, существует ряд схем процесса, краткий анализ которых можно найти, например, в литературе [5, 16]:

– двухступенчатая;

– диссоциативная;

– оксид-сублимационная;

– газокарбидная;

– с неустойчивыми газовыми частицами;

– водородно-паровая;

– контактная;

– электрохимическая.

В основе всех схем, за исключением двух последних, лежат факты о несомненном участии газовой фазы в процессе восстановления оксидов углеродом. Процесс идет и при раздельном расположении оксидного и углеродного материалов. Кинетические особенности углетермического восстановления – большая чувствительность к составу газовой фазы, давлению, скорости движения газового потока, пористости и структуре материалов, наличию летучих веществ – являются подтверждением тому, что без участия газовой фазы данный процесс был бы невозможен. Малая значимость твердофазной реакции между оксидами и углеродом делает возможным при описании кинетики использовать уравнения, ранее полученные для системы «твердое – газ».

Строение и свойства металлургических расплавов