И водородом

Восстановление оксидов железа, в соответствии со схемой А.А. Байкова, происходит последовательно, от высшего к низшему и металлу. При температурах выше 570 °С (843 К) в превращениях участвуют все оксиды железа, процесс идет по схеме , при температуре ниже 843 К – по схеме .

Химические реакции восстановления оксидов железа оксидом углерода имеют вид (при Т >843 К):

; (15)

; (16)

. (17)

При Т < 843 К происходит непосредственное восстановление до железа по реакции

. (18)

Константы равновесия этих реакций выражают отношением равновесных парциальных давлений и

(19)

и вычисляют по уравнениям

. (20)

Реакции восстановления оксидом железа водородом и их термодинамические функции имеют вид:

; (21)

; (22)

. (23)

При температуре ниже 843 К не образуется, но протекает реакция

. (24)

Константы равновесия для реакций (21–24) имеют вид

и вычисляют по уравнениям

В соответствии с правилом фаз для трех компонентов и трех фаз (две твердые, одна газовая фаза) С=К+2–Ф=3+2–3=2, то есть для определения равновесного состава газовой фазы нужно задать температуру и давление. Общее давление равно сумме равновесных давлений газовых компонентов. Система уравнений будет иметь вид [3]:

или . (25)

Далее следует

или . (26)

Соответственно:

; (27)

. (28)

Пример. Рассчитать равновесные составы газовой фазы в реакциях восстановления оксидов железа водородом при температуре 1200 °С, Р =1 атм.

Решение. При Т = 1200 °С (1473 К) по реакциям (21–23) восстановление оксидов железа сопровождается изменением энергии Гиббса:

Дж;

;

Дж;

;

Дж;

Для реакции (21)

;

Для реакции (22)

;

Для реакции (23)

;

Задание. Определить равновесные составы газовых фаз реакций восстановления оксидов железа оксидом углерода и водорода при заданной температуре (табл. 6).

Таблица 6