title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Адсорбционно-автокаталитическая теория восстановления окислов железа

Адсорбционно-автокаталитическая теория восстановления окислов железа

В последнее время советский исследователь Г.И. Чуфаров на основе изучения кинетики восстановления окислов железа предложил для объяснения механизма процессов восстановления адсорбционно-автокаталитическую теорию.
Согласно этой теории, газ-восстановитель адсорбируется на поверхности окисла, после чего происходит отрыв кислорода и переход его к адсорбированным молекулам газа-восстановителя (В) сопровождающийся возникновением нового газа (ВО) и решетки новой твердой фазы, и, наконец, десорбция газа — продукта восстановления (ВО). Процесс идет по схеме:
Адсорбционно-автокаталитическая теория восстановления окислов железа

Автокаталитический ход реакции характеризуется нарастанием скорости реакции со временем; достигнув максимума, скорость снова понижается. На рис. 51 показана характерная кривая зависимости скорости от времени для автокаталитических реакций. Реакция проходит через три периода. Первый период (а), является индукционным. Адсорбированные молекулы газа-восстановителя вступают во взаимодействие с отдельными, наиболее активными участками поверхности, т. е. с частицами, по тем или иным причинам слабо связанными с решеткой. Скорость реакции в индукционный период весьма мала, так как формирование зародышей новой фазы встречает значительные трудности.
Во втором периоде (б) реакционные зоны развиваются и интенсивность процесса непрерывно увеличивается, гак как образовавшиеся центры начинают расти.
Сформировавшиеся в индукционном периоде кристаллики новой фазы малы и сперва очень отдалены друг от друга. Так как достройка их протекает быстрее, чем возникновение, то дальнейшее развитие процесса сосредоточивается вокруг этих кристалликов. Реакция распространяется по постепенно расширяющимся концентрическим поверхностям, центры которых находятся в зародышах новой фазы. Поверхность раздела твердых фаз непрерывно растет, а вместе с ней увеличивается и скорость взаимодействия.
В третьем периоде (в) реакционные зоны, возникшие у различных зародышей, сливаются в одну, поверхность которой непрерывно уменьшается с дальнейшим течением процесса. Это вызывает соответствующее уменьшение скорости реакции.

Автокаталитический характер восстановления окислов железа был впервые изучен в работах Г.И. Чуфарова и его сотрудников.
Представление об адсорбционной природе восстановления окислов железа базируется на том, что в процессе восстановления в основном реагируют не те молекулы, которые ударяются о поверхность железа, подвергающегося восстановлению, а главным образом те, которые вступили в определенное взаимодействие с поверхностью окисла.
Одним из доказательств адсорбционного характера восстановления является хорошо установленный факт, что небольшие добавки CO2 и H2O к газу существенно тормозят процесс восстановления окислов железа. Этот факт может быть понят только исходя из адсорбционного характера процессов.
Вследствие большой поляризуемости и деформируемости молекул CO2 и H2O, по сравнению с CO и H2, адсорбируемость первых больше, чем вторых. Молекулы CO2 и Н2O, по сравнению с молекулами CO и H2, захватывают большее число активных мест поверхности, вытесняют с нее молекулы восстановителя и понижают скорость восстановления.
При значительной адсорбируемости молекулы продуктов восстановления могут блокировать почти все активные центры.
В этом случае скорость восстановления окажется весьма малой, хотя состав газа в целом далек от равновесного.
Энергия адсорбции зависит от природы адсорбирующихся молекул; этим и объясняется различный эффект замедления, вызываемый CO2 и H2O. То же самое относится и к продуктам восстановления окислов.
С повышением температуры адсорбируемость молекул продуктов восстановления понижается сильнее, чем молекул восстановителя, поэтому влияние газообразных продуктов реакции на скорость восстановления понижается с ростом температуры.
Адсорбционный характер замедляющего действия CO2 и Н2O был впервые установлен в работах Г.И. Чуфарова.
В настоящее время можно считать, что хотя адсорбционно-автокаталитическая теория еще недостаточно разработана, она в основном дает правильное объяснение механизма восстановительного процесса при гетерогенных реакциях, совершающихся при сравнительно низких температурах, когда величина адсорбции велика.

title-icon Подобные новости