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).