碳熱還原法是在一定溫度下，一種以無機碳作為還原劑所進行的氧化還原反應的方法。目前而言，該反應需要較高溫度。
基本介紹
- 中文名：碳熱還原法
- 外文名：carbothermic method
- 條件：在一定溫度下
- 反應：氧化還原反應
- 套用：化工、冶金
- 方法：在高溫下用碳還原金屬氧化物
套用,製備金屬,製備磷酸鐵鋰,
套用
碳熱還原法在化工、冶金行業有著廣泛的套用。
製備金屬
在高溫下用碳還原金屬氧化物製取金屬的方法。例如，在高溫下用碳還原氧化亞鐵可得金屬鐵：
FeO+C─→Fe+CO
其熱力學依據是：金屬氧化物的生成自由能變化ΔG(MO)是隨溫度的升高而逐漸增高（負值變小），而一氧化碳的生成自由能變化ΔG(CO)卻是隨溫度的升高而明顯降低（負值變大）,所以當溫度升高到ΔG(CO)-ΔG(MO)<0時，原來在低溫下不能進行的反應變得能夠進行。這種方法的優點是焦炭價廉易得，缺點是必須使用鼓風爐或電熔爐，而且許多金屬會生成碳化物。
碳熱還原法生產鈮(production of niobium by carbon -thermal reduction method)
在真空條件下用碳將Nb2O5還原成金屬鈮的過程，為金屬鈮製取的主要工業方法之一。有碳熱間接還原法和碳熱直接還原法之分。前者產出的是鈮條，這種鈮條可直接經電子束熔煉提純製取高純鈮錠，用作超導和高溫合金材料；或將鈮條加工成鈮材，用於電子、化工、冶金等工業部門。後者產出的是鈮粉，這種鈮粉用於製造電子工業用的電容器。碳熱還原生產鉭的方法與鈮類同。
製備磷酸鐵鋰
碳熱還原法是一種能降低生產成本和顆粒大小，提高產物純度和電導率的新型製備方法。P.P.Prosini等以(NH4)2Fe(SO4)2和NH4H2PO4為原料首先合成FePO4，然後用LiI還原三價Fe，並在還原性氣氛下(Ar:H2=95:5）於550℃加熱1 h後合成了最終樣品，其在0.1C倍率下的室溫初始放電容量為140 mAh·g-1。童匯等採用碳熱還原與機械球磨相結合的方法，以LiH2PO4和Fe2O3為原料，在混入一定量的碳後於無水乙醇介質中高速球磨3 h，將乾燥後的前驅體在氬氣保護下於750℃燒結15 h得到電化學性能良好的LiFePO4/C複合材料，產物以17 mA·g-1的電流密度充放電，初始放電容量為141.8 mAh·g-1，經80次循環後的容量仍可達137.7 mAh·g-1，容量保持率為97.1%。固相合成雖然是較成熟的製備方法，但對於合成LiFePO4仍存在許多問題。首先，反覆高溫燒結和研磨雖然能改善產物的均勻度，但產物顆粒較大，不利於其電化學性能的提高；此外，合成過程中需要使用大量惰性氣體和還原氣體，能源消耗較大，給大規模生產操作帶來不便，因此，從商業化角度考慮也需要進一步改進固相法或尋找能替代固相法的合成方法。
