Карботермическая реакция - Carbothermic reaction

Карботермические реакции включают восстановление веществ, часто оксидов металлов ( ), с использованием углерода в качестве восстановителя . Эти химические реакции обычно проводятся при температуре в несколько сотен градусов по Цельсию. Такие процессы применяются для производства элементарных форм многих элементов. Способность металлов участвовать в карботермических реакциях можно предсказать из диаграмм Эллингема .

Карботермические реакции производят монооксид углерода, а иногда и диоксид углерода . Легкость этих преобразований объясняется энтропией реакции: два твердых вещества, оксид металла и углерод, превращаются в новое твердое вещество (металл) и газ (CO), причем последний имеет высокую энтропию.

Приложения

Ярким примером является выплавка железной руды . Участвует много реакций, но упрощенное уравнение обычно отображается как:

2 Fe
2
О
3
+ 3C → 4Fe + 3 CO
2

В более скромных масштабах около 1 миллиона тонн элементарного фосфора ежегодно производится карботермическими реакциями. Фосфат кальция (фосфатная руда) нагревается до 1200–1500 ° C с помощью песка, который в основном состоит из SiO.
2
, и кокс (нечистый углерод) для производства P
4
. Химическое уравнение этого процесса, если начать с фторапатита , обычного фосфатного минерала, выглядит следующим образом:

4 Ca
5
(PO
4
)
3
F
+ 18 SiO
2
+ 30C → 3 P
4
+ 30CO + 18 CaSiO
3
+ 2 CaF
2

Исторический интерес представляет процесс Леблана . Ключевым шагом в этом процессе является восстановление сульфата натрия углем:

Na 2 SO 4 + 2 C → Na 2 S + 2 CO 2

Затем Na 2 S обрабатывают карбонатом кальция с получением карбоната натрия , товарного химического вещества .

Недавно разработка карботермического процесса магния MagSonic возродила интерес к его химии:

MgO + C Mg + CO

Реакция легко обратима за счет паров продукта и требует быстрого охлаждения, чтобы предотвратить обратную реакцию .

Вариации

Иногда карботермические реакции сочетаются с другими превращениями. Одним из примеров является хлоридный процесс отделения титана от ильменита , основной руды титана. В этом процессе смесь углерода и измельченной руды нагревается до 1000 ° C в потоке газообразного хлора , что дает тетрахлорид титана :

2 FeTiO
3
+ 7 кл
2
+ 6C → 2 TiCl
4
+ 2 FeCl
3
+ 6CO

Для некоторых металлов карботермические реакции не дают металл, а вместо этого дают карбид металла . Такое поведение наблюдается для титана, отсюда и использование хлоридного процесса . Карбиды также образуются при высокотемпературной обработке Cr
2
О
3
с углеродом. По этой причине в качестве восстановителя используется алюминий .

Рекомендации