MECHANISM AND KINETICS OF Fe2O3 REDUCTION FROM SILICATE MELT BY CARBON MONOXIDE

Abstract

Abstract. Most of the reactions of reducing gas (CO) interaction with an oxide melt fl ow in a mixed regime, which is realized at the comparable diffusion rates (υ) of the components to the point of the reaction and an adsorptive-and-chemical act. For the theoretical calculations of the rate it is necessary to fi nd the value υ in a kinetic regime. In assumption of electrochemical nature of interaction of reducing gas (CO) with an oxide melt, which contains metallic ions Me n O m , a kinetic equation has been deduced for the calculation of the rate of a reduction process in the kinetic regime. The equation takes into account physical and chemical properties of interfacial phases. A good correspondence of the calculations and experimental data have been shown at the example of interaction of oxide melt system of CaO -SiO 2 -Al 2 O 3 containing up to 5.7 % (wt.) of Fe 2 O 3 with a gas phase of carbon monoxide at partial pressure (5.0)10 2 MPa and 1623 K.Keywords: oxide melt, electrochemical reduction, carbon monoxide. E-MAIL: lyamknsa@gmail.comБольшинство реакций взаимодействия газа-вос-становителя (СО) с оксидным расплавом протекает в смешанном режиме, который реализуется при сопоста-вимых скоростях (v) диффузии компонентов к месту реакции и адсорбционно-химического акта. Для теоре-тического расчета скорости процесса в первую очередь необходимо найти ее значение в кинетическом режиме.Качественная картина взаимодействия оксид-ного расплава с газовой фазой. Взаимодействие ок-сидного расплава, содержащего Fe 2 O 3 , с монооксидом углерода происходит, вероятно, по электрохимическому механизму. На это указывают следующие положения. Во-первых, согласно современной точке зрения [1, 2], в поверхностном слое оксидных расплавов распола-гаются преимущественно ионы кислорода, а катионы металлов сдвинуты в глубь жидкой фазы, т.е. образу-ется своеоб разный электрический микроконденсатор. В этом случае скачок потенциала локализуется не по обе стороны физической границы раздела фаз, как это наблюдается при обменном механизме образования двойного электрического слоя на границе металл -ок-сидный расплав, а внутри оксидной фазы. Отрицатель-ная обкладка возникающего здесь двойного электриче-ского слоя расположена ближе к поверхности раздела с газовой фазой, а положительная -смещена от нее в глубь расплава. Во-вторых, со стороны газовой фазы происходит адсорбция молекул монооксида углерода. Двойной электрический слой способствует переходу электронов от молекул СО к катионам металла. Обра-зовавшиеся ионы СО 2+ располагаются вблизи анионов кислорода и образуют с ними прочные химические связи. Возникающие энергетические соотношения в системе таковы (ΔG < 0), что комплекс (СО 2+ О 2− ) прев-ращается в адсорбированную молекулу с замкнутыми химическими связями, удерживаемую на поверхности * Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Госконтракт № 02.740.11.0821).