Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 9
1. Литературный обзор 10
2. Термодинамический анализ восстановления оксида хрома 14
2.1. Анализ равновесий в системе Сг2ОЗ — Ст — СО — СО2 — С 14
2.2. Построение номограммы для газовой смеси СО — СО2 — 02 17
2.3. Термодинамический анализ восстановления оксида хрома 19
в системах Сг2ОЗ — Ст — С — Н2 — Н20 — СО — С02 19
Выводы 27
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 29
Оксид хрома Cr2O3 — твёрдый тугоплавкий порошок зелёного цвета. Нерас-творим в воде, температура плавления 2435 °C, плотность 5,21г/см3. Оксид хрома широко используется:
- производство нержавеющих и качественных сталей.
- компонент магнезиальных огнеупоров;
- пигмент для зелёной краски;
- компонент полировальных паст, так как по твердости оксид хрома близок к ко-рунду;
- катализатор органических реакций;
- компонент шихты для получения шпинелей и искусственных драгоценных камней;
- компонент термитных смесей при организации реакций самораспространяюще- гося высокотемпературного синтеза (СВС);
В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом вод-ных растворов хлорида хрома. В металлургии, где расход хрома для легирования сталей очень велик, хром получается восстановлением, чаще всего при производ-стве феррохрома. Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смеси оксидов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь. Производство феррохрома в России в зависи-мости от экономической конъюнктуры колебалось от 520-564 тыс.т./год в 2005- 2008гг, до 280 тыс.т./год в 2016г [1].
Хром черезвычайно технически важный металл. При переработке хромовых руд получают феррохром разных марок, используемый при производстве каче-ственных сталей. Чистый оксид хрома используется для получения абразивного зерна (хромистый и хромотитанистый электрокорунды),для изготовления щлифо- вальных паст. Чистый хром используется при производстве жаростойких нихромо-вых сплавов, для производства карбида Сг3С2(высокотемпературная, антикоррози-онная защита деталей машин и механизмов, металлокерамические твердые сплавы, кислотоупорные материалы). Хром используется для декоративного покрытия и для защиты от атмосферной коррозии. Производство металлического хрома в Рос-сии составляет 15-17 тыс.т./год [1].
Г азовосстановительные процессы составляют основу промышленных техно-логий по переработке [1-3] горнохимического сырья для получения чистых метал-лов и их сплавов. Решение практических задач связано в настоящее время с прове-дением соответствующих теоретических и прикладных исследований по разра-ботке эффективных и малозатратных восстановительных технологий.
В настоящей работе выполнен термодинамический анализ восстановления оксида хрома. Результаты представлены величинами параметров состояния следу-ющих равновесных систем:
«Сг2О3 - Сг - H2 - H2O», «Сг2О3 - Сг - CO - CO2 »,
«СГ2О3 — Сг — С — СО — СО2 », «Сг2О3 — Сг — С — H2 — H2O — СО — СО2 ».
1. Восстанавливать хром из чистого оксида можно в газовых смесях
H2 — H2O,CO — CO2. В соответствии с нашими расчетами в газовой смеси CO — CO2 восстановление возможно при температурах выше 1505 К и концентрации xCO не меньше 0,999505. В газовой смеси H2 — H2O восстановление возможно при лю- 02
бой температуре и отношениях концентраций —— не меньше величин, характе- *Н2О
ризующих линию fk на рис.4.
2. В присутствии углерода условия восстановления хрома следует опреде-лять параметрами системы Cr2O3 — Cr — C — H2 — H2O — CO — CO2. Нами рассчи¬таны для разных температур параметры газовой фазы, при которых возможно вос¬становление хрома. Эти параметры определяются точками на номограммах рис.2 и 4 левее линии fk, табл. 9-11. Чем ниже температура, тем больше должна быть концентрация водорода в газовой смеси.
3. При осуществлении восстановления хрома в промышленных технологиях возникает проблема получения восстановительной газовой смеси с высокой кон-центрацией водорода. Такую газовую смесь можно получить нагреванием в кон-такте с углеродом паров воды [8].
Можно показать, что при нагревании паров воды в контакте с углеродом до температуры 1500 К получается практически чистая эквимолярная смесь H2 - СО с величиной [1§Ро2]газ.см= -17,71 < [lgP02]C^O =-17,082.
