碳熱還原法是在一定溫度下，一種以無(wú)機(jī)碳作為還原劑所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的方法。目前而言，該反應(yīng)需要較高溫度。

中文名

碳熱還原法

外文名

carbothermic method

反應(yīng)

氧化還原反應(yīng)

方法

在高溫下用碳還原金屬氧化物

應(yīng)用

化工、冶金

條件

在一定溫度下

應(yīng)用

碳熱還原法在化工、冶金行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。

制備金屬

在高溫下用碳還原金屬氧化物制取金屬的方法。例如，在高溫下用碳還原氧化亞鐵可得金屬鐵：

FeO+C─→Fe+CO

碳熱還原法

其熱力學(xué)依據(jù)是：金屬氧化物的生成自由能變化Δ (MO)是隨溫度的升高而逐漸增高（負(fù)值變?。?，而一氧化碳的生成自由能變化Δ (CO)卻是隨溫度的升高而明顯降低（負(fù)值變大）,所以當(dāng)溫度升高到Δ (CO)-Δ (MO)<0時(shí)，原來(lái)在低溫下不能進(jìn)行的反應(yīng)變得能夠進(jìn)行。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是焦炭?jī)r(jià)廉易得，缺點(diǎn)是必須使用鼓風(fēng)爐或電熔爐，而且許多金屬會(huì)生成碳化物。

碳熱還原法生產(chǎn)

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(guò)程，為金屬鈮制取的主要工業(yè)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(chǎn)出的是鈮條，這種鈮條可直接經(jīng)電子束熔煉提純制取高純鈮錠，用作超導(dǎo)和高溫合金材料；或?qū)⑩墬l加工成鈮材，用于電子、化工、冶金等工業(yè)部門。后者產(chǎn)出的是鈮粉，這種鈮粉用于制造電子工業(yè)用的電容器。碳熱還原生產(chǎn)鉭的方法與鈮類同。

制備磷酸鐵鋰

碳熱還原法是一種能降低生產(chǎn)成本和顆粒大小，提高產(chǎn)物純度和電導(dǎo)率的新型制備方法。P.P.Prosini等以(NH4)2Fe(SO4)2和NH4H2PO4為原料首先合成FePO4，然后用LiI還原三價(jià)Fe，并在還原性氣氛下(Ar:H2=95:5）于550℃加熱1 h后合成了最終樣品，其在0.1C倍率下的室溫初始放電容量為140 mAh·g-1。童匯等采用碳熱還原與機(jī)械球磨相結(jié)合的方法，以LiH2PO4和Fe2O3為原料，在混入一定量的碳后于無(wú)水乙醇介質(zhì)中高速球磨3 h，將干燥后的前驅(qū)體在氬氣保護(hù)下于750℃燒結(jié)15 h得到電化學(xué)性能良好的LiFePO4/C復(fù)合材料，產(chǎn)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(jīng)80次循環(huán)后的容量仍可達(dá)137.7 mAh·g-1，容量保持率為97.1%。固相合成雖然是較成熟的制備方法，但對(duì)于合成LiFePO4仍存在許多問(wèn)題。首先，反復(fù)高溫?zé)Y(jié)和研磨雖然能改善產(chǎn)物的均勻度，但產(chǎn)物顆粒較大，不利于其電化學(xué)性能的提高；此外，合成過(guò)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(guī)模生產(chǎn)操作帶來(lái)不便，因此，從商業(yè)化角度考慮也需要進(jìn)一步改進(jìn)固相法或?qū)ふ夷芴娲滔喾ǖ暮铣煞椒ā?/p>