Phương pháp tách kim loại từ oxide chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao. Để dự đoán phản ứng nào có thể xảy ra, người ta dùng giản đồ Ellingham, là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa biến thiên năng lượng tự do Gibbs (ΔG°) và nhiệt độ (T) cho các phản ứng tạo oxide với 1 mol O2 như sau:
(2n/m)M + O2 → (2/m)MnOm
Giản đồ Ellingham cũng giúp xác định chất khử nào hiệu quả nhất để tách kim loại từ oxide. Ở nhiệt độ xác định, đường biểu diễn ΔG° của phản ứng tạo oxide nào nằm ở dưới thì kim loại (hoặc than cốc) tạo oxide đó có thể khử được oxide có đường biểu diễn ΔG° nằm ở trên. Dựa vào giản đồ Ellingham thực hiện các yêu cầu sau:
a) Cho biết chiều của phản ứng (chiều (1) hoặc chiều (2)) ở 1200°C và 1800°C dưới đây:
(1) 4/3Al + 2MgO → 2/3Al2O3 + 2Mg
(2) 2/3Al2O3 + 2Mg → 4/3Al + 2MgO
b) Trong khoảng nhiệt 400°C đến 800°C, kim loại nào trong dãy sau: Zn, Mn, Al, Mg và Ca có khả năng khử oxide của bốn kim loại còn lại (không cần viết phản ứng).
c) Lượng hơi ẩm (H2O) trong không khí khi được thổi vào lò cao sẽ phản ứng với một phần than cốc ở vùng đốt (khoảng 1000°C đến 1200°C) làm gia tăng chất khí khử, có lợi cho việc khử oxide sắt hơn so với khi than cốc cháy trong không khí. Giải thích và viết phương trình hoá học phản ứng xảy ra.
(a) Ở 1200°C đường 2Mg + O2 —> 2MgO nằm dưới 4/3Al + O2 —> 2/3Al2O3 nên tại nhiệt độ này Mg khử được Al2O3 (chiều 2).
Ở 1800°C đường 4/3Al + O2 —> 2/3Al2O3 lại nằm dưới đường 2Mg + O2 —> 2MgO nên Al lại khử được MgO (chiều 1)
(b) Trong khoảng nhiệt 400°C đến 800°C đường 2Ca + O2 —> 2CaO thấp nhất nên Ca khử được oxide của bốn kim loại còn lại (ZnO, MnO, Al2O3, MgO).
(c) Chất khí có tính khử được gia tăng khi thổi hơi ẩm nhờ phản ứng:
C + H2O —> CO + H2
CO và H2 đều là khí có tính khử, trong đó thành phần bổ sung (H2) có ưu điểm hơn CO nhờ kích thước phân tử nhỏ nên khuếch tán nhanh, xâm nhập sâu vào trong quặng, có lợi cho việc khử oxide sắt.