El Equilibrio de Boudouard

EL PROCESO METALURGÍCO Y
SIDERÚRGICO
El Equilibrio de Boudouard
La reacción del equilibrio de Boudouard (gasificación del coque –
carbón por un gas oxidante, dióxido de carbono) es la siguiente:
C(s) + CO 2 (g)  2CO (g)
Para esta reacción, la energía libre estándar de formación será:
r G  159000  169T
PCO
J
 RT ln
mol
PCO2  aC
Esta es la reacción de equilibrio que ocurre en la zona de toberas del
alto horno. La desgasificación del coque no es otra que la reacción del
equilibrio de Boudouard.
Se puede representar gráficamente la fracción volumétrica de CO en
función de la temperatura para obtener una curva de aspecto sigmoidal
en la que se distinguen dos zonas:
-
Zona de estabilidad del gas (CO).
-
Zona de estabilidad del coque (C/CO2).
Si el gas de toberas se enfría muy rápidamente, se forma coque finísimo
que precipita como “carbonilla”.
En este sistema C-O hay dos componentes, que son el C y el O, y dos
fases (la fase gaseosa y la fase sólida), por tanto, el número de
libertades también será igual a dos:
F+L=C+2
C=2 (Coque + Gas)
F=2
L=2
Esas libertades serán la temperatura y la presión.
La presión total del sistema se fija, siendo igual a:
PT  PCO  PCO2  PO2
donde normalmente, se considera que PO2 es despreciable, de ahí que:
PT  PCO  PCO2
Se considera un valor fijo para la presión total del sistema:
PT  1 atm
De ahí se obtiene que:
PCO  PT  PCO2  Para
PT  1atm PCO  1 PCO2
Por otra parte, a partir de la expresión de la energía libre estándar de
formación, se puede obtener:
2
PCO
 159000 169 
 exp 


PCO2
R 
 RT
PCO2 
2
PCO
 159000 169 
exp 


R 
 RT
Según la ley de Dalton, la presión parcial de CO será:
PCO  PT 
nCO
 PT  CCO
nTOT
donde CCO es la fracción en volumen de CO, que será igual a la
fracción molar porque todos los gases ocupan el mismo volumen.
Combinando las expresiones anteriores, se llega a lo siguiente:
CCO 
PTOT  PCO2
PCO2
PCO

 1
PTOT
PTOT
PTOT


2


PCO


 exp  159000  169  



R  
 RT
 1 
PTOT
 



2
2
2
 




CCO  PTOT 
100  CCO  PTOT
   100  

CCO (%vol )  100  1  
  P  exp  159000  169   
 exp  159000  169  





  TOT
R   
R  
 RT
 RT


 159000 169 
 159000 169 
2
100  PTOT  CCO
 exp 


  CCO  100  exp 
0
R 
R 
 RT
 RT
Se ha obtenido una ecuación de segundo grado que se resuelve
analíticamente como sigue:
CCO 
 e A  
e   (4  100  P
2A
T
 100  e A )
2  PT  100
donde
 159000 169 
e A  exp 


R 
 RT
es una funcion de la temperatura
Para PTOT = 1,0 atmósfera, se tiene:
CCO 
-
e A  e 2 A  40000  e A
200
Ver gráfico del Equilibrio de Boudouard: A. Ballester; J. P. Sancho;
L. F. Verdeja. “Metalurgia Extractiva: Fundamentos”. Ed. Síntesis,
Madrid (2000): Figura 5.9 página 140.
-
Para obtener el valor de la energía libre estándar asociada a la
reacción, consultar el Cuadro 1.14 página 30 del texto: J. P.
Sancho; L. F. Verdeja; A. Ballester. “Metalurgia Extractiva: Procesos
de Obtención”. Ed. Síntesis, Madrid (2000).