炭素熱反応

炭素熱還元反応は、炭素（C）を還元剤として用いて、物質（多くの場合、金属酸化物（O ^{2- ））を還元する}化学反応です。出発物質に応じて、このプロセスは通常、数百℃の温度で電気アーク炉または反射炉で行われます。炭素熱還元反応では、一酸化炭素（CO）と、場合によっては二酸化炭素（CO ₂）が生成されます。これらの変換が容易なのは、反応のエントロピーによるものです。2つの固体化合物、すなわち（金属）酸化物（およびフラックス）と炭素が、新しい固体（金属）化合物とガス（CO _x）に変換され、後者は高いエントロピーを持ちます。

炭素熱反応は、多くの元素の元素形態の製造に利用されています。金属が炭素熱反応に関与する能力は、エリンガム図から予測できます。^{[ 1 ]}

最も有名で、おそらく最もよく知られている例は、 鉄鉱石の製錬である。多くの反応が関与しているが、簡略化された式は通常次のように表される。

2 Fe₂ O₃ + 3 C → 4 Fe + 3CO₂

より小規模な生産では、炭素熱反応によって年間約100万トンの元素リンが生産されている。^{[ 2 ]}リン酸カルシウム（リン鉱石）を砂（主にSiO₂） とともに1,200～1,500℃に加熱する。₂、コークス（不純な炭素）からP_4．一般的なリン酸塩鉱物であるフルオロアパタイトを出発物質とした場合のこのプロセスの化学反応式は次の

4 Ca₅ (PO₄ )_3F +18SiO​₂ + 30 C → 3P₄ + 30 CO + 18CaSiO₃ + 2CaF₂

歴史的に興味深いのはルブラン法である。このプロセスの重要なステップは、硫酸ナトリウムを石炭で還元することである。^{[ 3 ]}

Na ₂ SO ₄ + 2  C → Na ₂ S + 2  CO ₂

次に、 Na ₂ S を炭酸カルシウムで処理して、汎用化学品である炭酸ナトリウムを得る。

最近、「マグソニック」炭素熱マグネシウムプロセスの開発により、その化学への関心が再び高まっている。^{[ 4 ]}

MgO + C ↔ Mg + CO

この反応は生成物の蒸気から容易に可逆的であり、逆反応を防ぐためには急速冷却が必要である。