Comparison of mass loss rate in reaction of silica with carbon from different investigation results

Comparación de la tasa de pérdida de masa en la reacción de sílice con carbono a partir de diferentes resultados de investigación

En el proceso de reacción carbotérmica de SiO₂ + mC, aparecen reacciones clave en las superficies de los granos de SiO₂ y de C. Sin embargo, no se conocen los valores de estas superficies. Suponiendo el caso más simple, los granos de cuarcita y carbono son esferas, se calcularon las superficies totales de reacción para los granos de carbono y cuarcita respectivamente. Esto permitió determinar la tasa de pérdida de peso referida a la unidad de superficie de C y SiO₂.

INTRODUCCIÓN

Por encima de la temperatura de unos 1 800 K las condiciones termodinámicas son favorables a la formación de SiC según la reacción [1]:

SiO₂ (s) + 3C(s) = SiC(s) + 2CO(g) (1)

Entre los muchos posibles, aquí se hace referencia a varios resultados ejemplares de estudios de la reacción cinética SiO₂ + mC y la formación de SiC. Estos ensayos varían en varios parámetros y factores. Algunos de ellos se resumen en la Tabla 1. Los resultados de los estudios cinéticos realizados en condiciones de laboratorio contienen muchas ambigüedades e incoherencias. Esto genera una serie de preguntas, por ejemplo, cómo comparar los resultados obtenidos.

En los estudios sobre la mezcla de sílice y grafito realizados por Shimoo et al. [2] en atmósfera de argón, el producto de la reducción fue SiC y SiO. En la etapa inicial de la reducción del SiO₂ por el grafito puede describirse mediante la ecuación velocidad de reacción para el control de la reacción interfacial. Se cree que el paso que determina la velocidad es un proceso químico en la superficie de las partículas de grafito. Cuando la reacción avanza y se crea una capa continua de SiC alrededor de las partículas de grafito, la velocidad de reducción refleja la ecuación de velocidad parabólica. Entonces, la reducción de SiO₂ está controlada por la difusión del carbono en el SiC.

Según Agarwal y U. Pal [3] a temperatura superior a 1 773 K las reacciones clave en el proceso de reducción carbotérmica son:

SiO₂ (s) + CO(g) = SiO(g) + CO₂ (g), (2)

SiO(g) + 2C(s) = SiC(s) + CO(g), (3)

C(s) + CO₂ (g) = 2CO(g). (4)

Se supone que la reacción (3) es muy rápida en comparación con las reacciones (2) y (4). Según los autores [3], la velocidad de reacción está controlada por la combinación de la reacción de reducción de la sílice y la reacción de Boudouard, es decir, la reacción expresada por las fórmulas (2) y (4).