Вопрос № 8.Основы теории металлотермии

Металлотермические процессы – процессы, вкоторых в качестве восстановителя используют другой металл, тот у которого сродство выше, чем у восстанавливаемого. При этом руководствуются следующим:

Желательно, чтобы различие в сродстве было максимально большим;

Металл – восстановитель должен быть доступным и относительно дешевым;

В металлотермии восстанавливаемая часть шихты и восстановитель максимально полно перемешиваются между собой, поэтому размеры частиц восстановителя и восстанавливаемой руды (концентрата) должны быть небольшими.

Наиболее широко распространена алюмотермия. Al применяют в гранулах или порошкообразный.

Распространение нашла и силикотермия. Si (сплавы на его основе Si-Mn, Fe-Si, Si-Cr, Si-Ca) – хрупкий материал, он легко измельчается.

Применяют также в качестве восстановителя и Mg, который используют в жидком виде.

В основном, выбор металла – восстановителя в в металлотермии осуществляют по величине удельной теплоты процесса. Все реакции металлотермии – экзотермические. Тепла реакций может оказаться достаточно для разогрева исходных веществ и продуктов, а может и не хватить. Принцип достаточности основан на практическом правиле Жемчужного, согласно которому реакция самообеспечивает себя теплом, если на 1 кг шихтовой смеси или продуктов выделяется не менее 550 ккал тепла:

где - тепловой эффект реакции при определенной температуре

- сумма молекулярных масс веществ, вступающих в реакцию или образующихся.

- критерий самообеспеченности процесса теплом, и одновременно критерий возможности протекания реакции, т.к. непосредственно корригируется с величиной .

Реакция металлотермии в общем виде выглядит так:

Вещества слева и справа от знака равенства подобны, поэтому разница DS невелика, и величина DG с практической приемлемостью совпадает с DH⁰.

Возможность реакции металлотермии можно было бы рассчитать по одному из известных методов:

Энтропийному:

По приведенному потенциалу

Также по методу Темкина – Шварцмана и другим. Если , то такую реакцию называют автогенной, если же тепла не хватает, то необходимо принимать дополнительные меры (подводить тепло), в основном это энергия электрической дуги, реже – индукционный подогрев.

В некотроых случаях в шихту добавляют легковосстановимые оксиды, но в этом случае получают сплав. Если же тепла много, то в шихту добавляют инертные материалы (флюсы): CaCO₃; MgCO₃; CaO; Ca,Mg(CO₃)₂ и т.д.

Металлотермические процессы могут быть таких типов:

· Плавка на выпуск

· Плавка на блок

Одним из видов металлотермии является процесс получения губчатого титана: на поверхность жидкого магния вдувается газообразный TiCl₄

Широко используется металлотермия в урановой промышленности: