The Carbothermic Reduction of Niobium Pentoxide and Pyrochlore in the Presence of Iron in a Transferred Arc Argon Plasma

Abstract

The kinetics of the carbo thermic reduction of niobium pentoxide and pyrochlore concentrate Are studied in the presence of iron in the temperature ranges 1575−2440 K and 1430−2125 K, respectively, In an argon transferred arc plasma. Influences of time, temperature, carbon and iron concentrations as Well as graphite and pyrochlore particle size on the reaction rate are examined. The main reaction products Are nbc and co. The overall reaction rates are represented by the same logarithmic expression used Previously for the carbo thermic reductions without the presence of iron. The reaction rates are almost Independent of reactant particle size but are dependent on the Fe/C weight ratio. The average activation Energy for niobium pentoxide reduction is 142.5± 33.2 kj mol−1, while for pyrochlore reduction, it is 96.3 ± 14.5 kj mol−1. The presence of iron enhanced the reaction rates. With niobium pentoxide, the Reaction rates are significantly higher as the quantity of iron increased. This is attributed to the reduction Reaction taking place between the dissolved carbon in the iron and the niobium pentoxide. With pyrochlore There appears to be an optimum Fe/C ratio which gives the maximum reduction rate. Résumé La cinétique de la réduction carbothermique du pentoxyde de niobium et du concentré de pyrochlore en présence de fer, a été étudiéé lors de l'utilisation du procédé de plasma á l'argon de type transféré, pour des gammes de températures comprises entre 1575–2440 K et 1430–2125 K. Plusieurs efIets ont ete examines, à savoir les eflets du temps, de la température, des concentrations de carbone et de fer ainsi que la dimension des particules de graphite et de pyrochlore sur le taux de réaction. Les principaux produits de réaction sont le NbC et le CO. Globalement, les taux de réaction suivent la mème loi logarithmique utiliséé auperavant pour les réductions carbothcrmiques sans présence de fer. Les taux de réaction semblent presque indépendants de la dimension des particules mais sont influencés par le ratio en poids Fe/C. L'energie moyenne d'activation pour la réduction du pentoxyde de niobium est de 142.5± 33.2 kJ mol−1 alors que celle du pyrochlore est de 96.3±14.5 kJ mol−1. La présence de fer augmente le taux de réaction. Dans le cas du pentoxyde de niobium, le taux est significativement plus élevé ' mesure que l'on augmente la quantité de fer. Ceci est attribue à la reaction reductrice entre le carbone dissous dans le fer et le pentoxyde de niobium. Dans le cas du pyrochlore, un ratio optimal Fe/C semble procurer le taux maximal de réduction.