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LIBRO_REDUCCION_DIRECTA

Siderurgia para metalizar y obtener un acero de alto tenor

Fig. No 31. Gráfico Ln

Fig. No 31. Gráfico Ln kobs vs 1/T (en K-1) Sin embargo en este gráfico no se aprecia la pendiente esperada, sino que se observa un cambio de pendiente. A valores 1/T bajos (Temperaturas altos), los puntos tienden a seguir una pendiente, mientras que a valores 1/T altos (Temperaturas bajas), siguen otra. Estos cambios de pendientes están siempre asociados a cambios en el mecanismo de la reacción y en este caso como la reacción estudiada es una mezcla de reacciones competitivas y consecutivas, por lo tanto se calcularon por regresión lineal las dos pendientes: para temperaturas altas (bajos valores de 1/T)la relación está dada por: Ln k obs = - 3.096,04 x 1/T – 0,6409 con r 2 = 0,9742, donde Ea/R = 3.096,04 y la Ea = 6.151,83 Cal/mol y para temperaturas bajas (altos valores de 1/T) la relación está dada por: Ln k obs = - 9.290,50 x 1/T + 5,0460 con r 2 = 0,9913 donde Ea/R = 9.290,50 y la Ea = 18.319,15 Cal/mol. Los valores de k obs para ambas zonas estarán dadas por las siguientes relaciones: k obs = 155*e – 9.220/T para temperaturas bajas T < 1.089 oK (816 oC) y k obs = 0,5268*e – 3.096/T para temperaturas altas T > 1.089 oK (816 oC). Los cambios de Energía Libre para las reducciones se muestran a continuación: ΔG = 16.768 - 18,95 x T (reducción con H 2 ) ΔG = - 9.504 + 4,79 x T (reducción con CO) 66

Para estas relaciones los cambios de Energía Libre ΔG son iguales para una temperatura de 1.105 oK (832 oC), valor similar al obtenido a partir de los de k obs, lo cual indica que a bajas temperaturas se favorece la reducción con monóxido de carbono, mientras que a altas temperaturas se favorece la reducción con hidrógeno, mientras que a temperaturas alrededor de los 820 oC, ambas reacciones tienen igual posibilidad de ocurrir. De lo antes expuesto se puede afirmar que a temperaturas inferiores a 820 oC se requieren de mezclas con un mayor contenido de monóxido de carbono, mientras que a temperaturas superiores 820 oC, conviene usar mezclas con un mayor contenido de hidrógeno. DISCUSION DE LOS RESULTADOS El estudio de la reducibilidad de la pella PS5 a diferentes temperaturas, revela que a medidas que aumenta la temperatura, aumenta la reducibilidad y como consecuencia directa, la velocidad de reacción (k obs), alcanzando un valor máximo de reducibilidad de 96,75 % a 900 oC, correspondiendo con una constante de velocidad k obs =0,0433 min -1 . Este efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción no cumple con la ecuación de Arrhenius, lo que indica un cambio del mecanismo de reacción. Este cambio ocurre a temperaturas alrededor de los 820 oC, coincidiendo con la temperatura donde las reacciones de reducción con hidrógeno y reducción con monóxido de carbono, tienen el mismo cambio en su Energía Libre (ΔG = - 4.192 Cal/mol). Se determinaron dos valores de Energía de Activación (Ea), para las temperaturas de reducción estudiadas: a temperaturas inferiores a 825 oC = 18.319 Cal/mol y a temperaturas superiores a 825 oC = 6.152 Cal/mol. Está situación está asociada al hecho de que las reacciones se afectan de manera diferente, con el aumento de la temperatura, una es exotérmica (reducción con monóxido de carbono) y la otra es endotérmica (reducción con hidrógeno). Para el mecanismo propuesto, reacciones consecutivas de primer-orden, mecanismo en dos pasos a través del intermediario wustita (FeO), se calcularon las constantes k1 y k2, para cada temperatura. La k1 resultó siempre mayor que la constante k2, indicando que para la reducción de la hematita en el rango de temperatura estudiado, el “paso lento”, será la reducción de wustita a hierro metálico. Como los valores de k1 y k2 están en el mismo orden, en la reacción de reducción no se produce acumulación del intermediario. En la Figura No 32 se muestra la gráfica que se representa el comportamiento esperado para la reducción de hematita según el mecanismo propuesto, reacciones consecutivas de primer-orden: 67

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