Mass balance at partial run of quartzite carbothermal reduction

Balance de masa en la ejecución parcial de la reducción carbotérmica de cuarcita

Se presentaron estudios termogravimétricos de balance de masas para el proceso de reducción carbotérmica incompleta de SiO₂ a SiC. Las pruebas se realizaron para la relación molar de C/SiO₂ = 3 a una temperatura de 1 500 °C bajo un flujo de argón en el rango de 0,1 a 3,4 dm³/min. El balance de masas incluye la pérdida debida al escape de SiO y la masa de los reactivos C y SiO₂ debida a la detención de la reacción. Se comprobó el aumento de peso del crisol de Al₂O₃ y también la formación de una capa de costra en la superficie de las muestras. El aumento de peso del crisol y el peso de la capa de corteza creada se tuvieron en cuenta en el balance de masa.

INTRODUCCIÓN

Las reacciones clave más probables en el proceso de reducción carbotérmica de la sílice a unos 1 500 °C son [1-3]

SiO₂(s) + CO(g) = SiO(g) + CO₂(g), ( 1)

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

C(s) + CO₂(g) = 2CO(g). ( 3)

Aunque algunos investigadores, por ejemplo [4], tienen en cuenta aún la reacción

SiO(g) + 3CO(g) = SiC(s) + 2CO2(g). (4)

Si se tiene en cuenta el SiO que escapa de la muestra durante el proceso en número de moles igual a ySiO, la ecuación resumida del proceso de reducción carbotérmica de la sílice toma la forma

SiO₂ + 3C = (1 - y)SiC + 2yC + ySiO + (2 - y)CO. ( 5)

donde, 2yC es el número de moles de carbono que no han reaccionado debido al escape de ySiO.

El resumen de la ecuación del proceso (5) se puede ver como una ecuación, donde después de quedarse sin SiO₂, se completa la reducción y donde se asume que ninguna cantidad de moles de CO₂ abandona el sistema.

PESO DE EQUILIBRIO EN LA REACCIÓN PARCIAL

En caso de parar la reacción carbotérmica de SiO₂, cuando no todo el SiO₂ y/o C en una muestra de peso inicial W⁰ han reaccionado, donde (1-a) y a son moles sucesivos, que ya han reaccionado y todavía no han reaccionado, el resumen de la ecuación del proceso de reducción carbotérmica sin reaccionar hasta el final de la sílice, se puede escribir:

SiO₂ + 3C = (1 - a)(1 - y)SiC +

+ (1 - a)2yC + (1 - a)ySiO +

+ (1 - a)(2 - y)CO + aSiO₂ + 3aC. (6 )

EXPERIMENTAL

Una descripción detallada del procedimiento experimental de los estudios termogravimétricos de la reducción carbotérmica de SiO₂ a SiC se muestra en [5]. En este estudio, la diferencia de peso de la muestra más el crisol menos el peso del crisol es la masa de la muestra antes de la reducción denotada por W₀.