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LIBRO_REDUCCION_DIRECTA

Siderurgia para metalizar y obtener un acero de alto tenor

REDUCCIÓN CON

REDUCCIÓN CON HIDROGENO. La reducción de los óxidos de hierro con hidrógeno se puede representar con un mecanismo de tres pasos, a temperaturas superiores a 560 °C, como se presenta a continuación: 3Fe 2 O 3 + H 2 → Fe 3 O 4 + H 2 O a T > 560 °C Fe 3 O 4 + H 2 → 3FeO + H 2 O FeO + H 2 → Fe° + H 2 O con la participación de dos intermediarios (Fe 3 O 4 y FeO), o como un mecanismo en dos pasos, para temperaturas inferiores a 560 °C: 3Fe 2 O 3 + H 2 → Fe 3 O 4 + H 2 O a T < 560 °C Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe° + 4H 2 O Con la intervención de un solo intermediario (Fe 3 O 4 ). Aplicando Ley de Hess, estas reacciones se pueden escribir como un mecanismo global de un solo paso: Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe° + 3H 2 O para esta reacción el ΔH (Cambio en la Entalpía) y el ΔG (Cambio en la Energía Libre de Gibas) vienen dados respectivamente por las siguientes expresiones: ΔH (en Cal/mol) = 27.556 - 13.16xT (en K) y ΔG (en Cal/mol) = 16.768 - 18,95xT(en K) En esta reacción el ΔH siempre será mayor que cero en el rango de trabajo para el proceso de reducción directa, o sea la reacción será siempre endotérmica por lo que requiere de calor para que pueda ocurrir, mientras que según el ΔG esta reacción será espontánea para temperaturas mayores a 885 K (611 °C). La figura No 17 muestra la relación para el equilibrio entre las composiciones de los gases versus temperatura, para el sistema Hierro-Hidrógeno-Oxígeno. En el eje “x” está representada la Temperatura en grados centígrados y en el eje “y” las concentraciones de hidrógeno y vapor de agua. A una temperatura 800 °C, se requiere una concentración de 65 % de hidrógeno, correspondiente a una relación H 2 O/H 2 = 0,54. 38

Fig. No 17. Sistema de Equilibrio Hierro-Hidrógeno-Oxígeno. Las constantes de equilibrios, la relación H 2 O/ H 2 y la composición de equilibrio pueden ser calculadas de la misma manera como para el CO. En el diagrama de equilibrio para el sistema Fe- H-O, donde se aprecia la estabilidad de los óxidos de hierro en función de la temperatura y porcentaje del gas reductor H 2 . En la reducción con hidrógeno no se produce deposición de carbono. REDUCCIÓN CON MONOXIDO DE CARBONO. La reducción de los óxidos de hierro con monóxido de carbono también se puede representar con un mecanismo de tres pasos, a temperaturas superiores a 560 °C, como se presenta a continuación: 3Fe 2 O 3 + CO → Fe 3 O 4 + CO 2 a T > 560 °C Fe 3 O 4 + CO → 3FeO + CO 2 FeO + CO → Fe° + CO 2 con la participación de dos intermediarios (Fe 3 O 4 y FeO), o como un mecanismo en dos pasos, para temperaturas inferiores a 560 °C: 3Fe 2 O 3 + CO → Fe 3 O 4 + CO 2 a T < 560 °C Fe 3 O 4 + 4CO → 3Fe° + 4CO 2 Con la intervención de un solo intermediario (Fe 3 O 4 ). Aplicando Ley de Hess, estas reacciones también se pueden escribir como un mecanismo global de un solo paso: Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe° + 3CO 2 para esta reacción el ΔH y el ΔG vienen dados respectivamente por las siguientes expresiones: 39

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