Karbotermická reakce - Carbothermic reaction

Karbotermické reakce zahrnovat redukci látek, často oxidů kovů (), použitím uhlík jako redukční činidlo. Tyto chemické reakce se obvykle provádějí při teplotách několika stovek stupňů Celsia. Tyto procesy se používají pro výrobu elementárních forem mnoha prvků. Schopnost kovů podílet se na karbotermních reakcích lze předvídat z Ellinghamovy diagramy.[1]

Karbotermální reakce vznikají kysličník uhelnatý a někdy oxid uhličitý. Zařízení těchto přeměn lze připsat entropie Reakce: dvě pevné látky, oxid kovu a uhlík, se přemění na novou pevnou látku (kov) a plyn (CO), který má vysokou entropii.

Aplikace

Výrazným příkladem je příklad tavení železné rudy. Jde o mnoho reakcí, ale zjednodušená rovnice se obvykle zobrazuje jako:

2Fe
2Ó
3 + 3C → 4Fe + 3CO
2

Ve skromnějším měřítku se karbotermickými reakcemi ročně vyprodukuje asi 1 milion tun elementárního fosforu.[2] Fosforečnan vápenatý (fosfátová hornina) se zahřívá na 1 200–1 500 ° C s pískem, který je většinou SiO
2a koks (nečistý uhlík) k výrobě P
4. Chemická rovnice pro tento proces, když začíná fluoroapatit, běžný fosfátový minerál, je:

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

Historického významu je Leblancův proces. Klíčovým krokem v tomto procesu je redukce síranu sodného uhlím:[3]

Na2TAK4 + 2 C → Na2S + 2 CO2

Pak2S je poté ošetřeno uhličitan vápenatý dát uhličitan sodný, a komoditní chemikálie.

Nedávno byl vyvinut karbotermika „MagSonic“ hořčík proces znovu zahájil zájem o jeho chemii:[4]

MgO + C ↔ Mg + CO

Reakce je snadná reverzibilní ze svého produktu páry, a vyžaduje rychlé chlazení, aby se zabránilo zpětná reakce.

Variace

Někdy jsou karbotermické reakce spojeny s jinými převody. Jedním z příkladů je chloridový proces pro oddělování titan z ilmenit, hlavní ruda titanu. V tomto procesu směs uhlík a drcená ruda se pod proudem zahřívá na 1000 ° C chlór benzín, dávat chlorid titaničitý:

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

U některých kovů karbotermické reakce kov nedovolují, ale místo toho kov dávají karbid. Toto chování je pozorováno u titanu, proto se používá chloridový proces. Karbidy se tvoří také při vysokoteplotním zpracování Cr
2Ó
3 s uhlíkem. Z tohoto důvodu, hliník se používá jako redukční činidlo.

Reference

  1. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie prvků (2. vyd.). Butterworth-Heinemann. ISBN  978-0-08-037941-8. „Obrázek 8.19 Ellinghamův diagram pro volnou energii tvorby oxidů kovů“ s. 308
  2. ^ Diskowski, Herbert; Hofmann, Thomas (2005). "Fosfor". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002 / 14356007.a19_505. ISBN  9783527306732.
  3. ^ Christian Thieme (2000). „Uhličitany sodné“. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002 / 14356007.a24_299. ISBN  978-3527306732.
  4. ^ Prentice, Leon; Nagle, Michael (2012). „Karbotermální výroba hořčíku: proces CSIRO MagSonic“. V Mathaudhu (ed.). Magnesium Technology 2012. Cham: Springer. doi:10.1007/978-3-319-48203-3_6. ISBN  9783319482033.