L Ờ IC ẢM ƠN
2.2. Động học phản ứng hoàn nguyên
Trong thực nghiệm, nhiều khi kết quả tính toán nhiệt động học và các sản phẩm tạo ra không theo đúng như kết quả tính ∆GT0 của chúng, thậm chí có khi còn khác xa nhau. Điều này liên quan đến tốc độ của các phản ứng không giống nhau mà thí nghiệm được kết thúc trước khi quá trình đạt trạng thái cân bằng. Khi đó nếu tăng thời gian phản ứng thì kết quả thực nghiệm thu được sẽ gần với tính toán. Điều đó có nghĩa cần phải lưu ý đến cả hai mặt nhiệt động học và động học của quá trình.
Khi một phản ứng vể mặt lý thuyết có khảnăng nhiệt động học xảy ra, nhưng trên thực tế lại không xảy ra được, đó là vì có những trở ngại động học kìm hãm nó, làm cho tốc độ phản ứng cực kỳ nhỏ, không quan sát được. Khi tạo ra những điều kiện
38
thích hợp (nhiệt độ, áp suất, chất trợ dung) để vượt qua trở ngại động học thì phản ứng mới xảy ra. Về mặt động học, khảnăng thực hiện một phản ứng được đặc trưng bằng năng lượng hoạt hóa của nó. Khái niệm này do Arrhenius đưa ra năm 1889. Năng lượng hoạt hóa là năng lượng dư tối thiểu mà các phân tửtương tác phải có để xảy ra tương tác giữa chúng, dẫn đến phản ứng thực sự [82].
Động học phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng của hệ thống. Phản ứng được gọi là đồng thể khi nó bao gồm một pha và dị thểkhi liên quan đến hai hoặc nhiều pha. Phản ứng luyện kim phần lớn là phản ứng dị thể, phản ứng hoàn nguyên dolomit theo quy trình Pidgeon cũng vậy. Một số thông số có thểảnh hưởng đến động học của phản ứng, bao gồm nhiệt độ, áp suất và lớp biên. Việc phân tích động học phản ứng tổng thể của một hệ thống được dựa trên các biểu thức liên quan đến một số giảđịnh hoặc là theo kinh nghiệm.
Động học của quá trình Pidgeon trong điều kiện chân không đã được một số nhà nghiên cứu quan tâm [61,62,83,84]. Một số nhà nghiên cứu đã đưa ra kết quả tốc độ của phản ứng hoàn nguyên được kiểm soát bởi giai đoạn khuếch tán trạng thái rắn [59,83]. Quá trình này có thể được chia thành 4 giai đoạn như thể hiện trong Hình 2.1:
- Giai đoạn A: Giai đoạn khuếch tán trạng thái rắn - Giai đoạn B: Giai đoạn chuyển khối của hơi Mg gồm:
+ Chuyển khối hơi Mg trong phối liệu
+ Chuyển khối hơi Mg từ bề mặt của viên phối liệu sang pha khí. - Giai đoạn C: Giai đoạn chuyển pha khí tới vùng làm mát
- Giai đoạn D: Giai đoạn kết tinh - kết tinh đồng thể, dị thể bao gồm tạo mầm và sự lớn lên của tinh thể.
Hình 2.1. Sơ đồcác giai đoạn của quá trình sản xuất Mg
Giai đoạn phản ứng (Giai đoạn A) rất phức tạp vì nó liên quan đến ba chất rắn phản ứng để tạo thành hơi và một chất rắn khác. Sự chuyển khối của magie (Giai đoạn B) yêu cầu sự chuyển khối của pha khí bên trong viên phối liệu và tập trung trên bề mặt của viên liệu để chuyển sang hơi magie. Hơi magiê được vận chuyển từ bề mặt phân cách của các viên liệu đến phần ngưng tụ được làm mát bằng nước (Giai đoạn C) trước khi nó tạo thành mầm và kết tinh (Giai đoạn D).