低温非平衡条件下氧化铁还原顺序研究

研究了低温条件下(＜570℃)CO和H2还原氧化铁的动力学机理.结果表明:实际还原过程属于非平衡态过程,它的还原机理与还原气体的成分相关.当还原气体中CO(或H2)的含量不能满足Fe3O4 CO(H2)→3FeO CO2(H2O)反应进行的要求时,氧化铁的还原顺序为Fe2O3→Fe3O4→Fe;如果还原气体成分满足此要求,Fe2O3→Fe3O4→Fe和Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe两种还原顺序将同时存在.     

氢气还原氧化铁动力学的非等温热重方法研究

 用非等温热重分析法对氢气还原不同粒度细微氧化铁的动力学进行了研究。研究表明：铁矿粉粒度越小,起始反应温度越低,反应速度越快,反应达到平台期时所对应的还原率越高;平均粒度为3.5 mm的铁矿粉在400 ℃还原反应开始,700 ℃左右开始反应加快,达到平台期时的还原率为77%,而平均粒度为2 μm的铁矿粉在100 ℃已经开始反应,350 ℃反应加快,达到平台期时的还原率为98%,而且在600 ℃时还原率就达到了100%;铁矿粉粒度从3.5 mm降到2 μm后,还原反应的表观活化能从73.3 kJ/mol降低到30.46 kJ/mol;同时通过分析氢气还原氧化铁的反应机理得出,内扩散和界面化学反应均对整个反应过程起限制作用。     

氢气还原褐铁矿实验研究与动力学分析

本文旨在研究不同温度下氢气对褐铁矿还原度和还原速率的影响,并以此为基础分析动力学相关问题.通过热重分析深入了解褐铁矿失水状况.使用粒度为8~12 mm褐铁矿焙烧后,分别在750~950℃五个不同温度下使用4 L·min^-1 H₂进行还原,并分析还原率和还原速率随时间的变化关系.研究发现：随着反应进行,试样还原率逐渐增大,五条还原率曲线在t>28 min后与还原温度排序一致.通过动力学研究计算得反应表观活化能E=15.323 kJ·mol^-1,从而确定扩散为还原反应的限制环节.     

温度对氢气还原氧化铁影响及电化学性能研究

采用纯的氧化铁进行直接还原的实验研究,利用H2作为还原气体在高温管式炉中进行焙烧还原.结果表明,随着反应时间的增加,氧化铁块还原率相应的增大.反应温度的不同,氧化铁块还原速率及电导率也相应的不同.600~900℃下经过一定时间的氢还原,还原产物的还原速率随温度的增加而增加,均可达到95%以上.通过交流阻抗法对还原产物的电导率的测试,得到了还原产物的电导率随时间和还原度的变化曲线.随着温度及时间的不同,电导率也相应变化,电导率的不同,可间接反映还原过程中产生了导电性不同的物质.     

低温下碳还原氧化铁的催化机理研究

通过碳的气化反应、气体还原氧化铁以及碳粉还原氧化铁试验,探明了氧化铁的催化还原机理.加入催化剂后,碳的气化反应速率和铁矿的还原速率提高,并表现出相似的变化规律,K2CO3和Na2CO3的催化效果明显优于CaCO3的催化效果.对于气化反应和氧化铁的还原反应,催化剂的加入等同提高了碳的活性,由于碳活性的提高,加速了碳的气化反应进行,促进了氧化铁还原中的间接还原反应和直接还原反应,最终加速了氧化铁的还原反应.     

微纳米氧化铁粉低温还原特性的研究

研究了低温还原微纳米氧化铁粉的还原特性与机理。用高能球磨法获得的微纳米氧化铁粉在280～400 ℃内用氢气还原,并测定还原后粉末中氧、计算氧化铁粉末的还原率,通过扫描电子显微镜来观察还原铁粉的形貌;找出了氧化铁粒度、还原温度和还原时间等参数对氧化铁还原率、铁粉粒度和粒度分布、铁粉形貌等的影响。从动力学的角度,探讨了粉末细化对低温氢气还原氧化铁活化能的影响。研究结果指出,微纳米氧化铁粉的还原反应遵循吸附自动催化理论,反应动力学遵循界面化学反应理论,研究获得了反应所对应的反应机制函数和相应的动力学方程。     

微纳米氧化铁粉低温还原特性的研究

研究了低温还原微纳米氧化铁粉的还原特性与机理。用高能球磨法获得的微纳米氧化铁粉在280～400 ℃内用氢气还原,并测定还原后粉末中氧、计算氧化铁粉末的还原率,通过扫描电子显微镜来观察还原铁粉的形貌;找出了氧化铁粒度、还原温度和还原时间等参数对氧化铁还原率、铁粉粒度和粒度分布、铁粉形貌等的影响。从动力学的角度,探讨了粉末细化对低温氢气还原氧化铁活化能的影响。研究结果指出,微纳米氧化铁粉的还原反应遵循吸附自动催化理论,反应动力学遵循界面化学反应理论,研究获得了反应所对应的反应机制函数和相应的动力学方程。     

含锌铅粉尘配碳球团中氧化铁还原动力学

在氮气气氛和１０５０￣１３００℃温度范围内，采用化学分析方法研究了还原温度、过量碳及煤粉粒度对含锌铅粉尘配碳球团中氧化铁还原速度的影响，结果表明：还原温度对氧化铁还原速度有显著影响，过量碳和煤粉粒度对还原速度没有影响。在不同还原程度和还原温度下，得出了氧化铁还原的表观活化能，由活化能结果和还原动力学模型对实验结果进行分析，确定了氧化铁在不同还原程度和还原温度下的还原限制性环节。     

二氧化锰低温分解动力学研究

采用热重分析仪在5种升温速率下对二氧化锰矿进行热重试验,研究预处理过程中二氧化锰的低温分解行为,并通过物相分析验证热重试验结果及反应推论,应用非模型等转化率法及Popscu法对两步反应动力学求解,得到各自的反应机理函数。结果表明,二氧化锰升温过程发生了两步反应,第一步反应产物为Mn2O3,反应机理为dα/dt=(3.96×109/β)(1-α)e-1.86×105/RT,为一级简单反应,符合Mample单行法则动力学机理特征;第二步产物为Mn3O4,反应机理为dα/dt=(3.28×1024/β)e-2.81×105/RT×(3/2)(1-α)[-ln(1-α)]1/3,符合Avarami-Erofeev方程动力学机理特征。两步反应的反应机理均为随机成核和随后生长。     

氧化铁碳热还原过程间接还原规律研究

为了研究碳热还原过程的间接还原规律,在20 kg/h推舟炉加热装备上开展试验,借助在线气体分析仪和金属铁产品的化学成分检测,探讨了煤种、煤粉粒度以及铁精矿粉制备方式等因素对间接还原反应的影响,最后从理论上解析了该反应过程的间接还原来源和定量关系。研究表明:间接还原主要来源于碳热直接还原过程产生的CO与氧化铁间发生的化学反应;步进还原过程中,煤中部分挥发分参与间接反应,使得稳定期煤气中的CO_2/(CO+CO_2)比例超过20%;铁精矿粉粒度越小,还原效果越好,间接还原比例越高。     

Influence of Size of Hematite Powder on Its Reduction Kinetics by H2 at Low Temperature

The reduction kinetics and mechanisms of hematite ore with various particle sizes with hydrogen at low temperature were studied using the thermogravimetric analysis. At the same temperature, after the particle size of powder decreases from 107.5 μm to 2. 0 μm, the surface area of the powder and the contact area between the powder and gas increase, which makes the reduction process of hematite accelerate by about 8 times, and the apparent activation energy of the reduction reaction drops to 36.9 kJ/mol from 78.3 kJ/mol because the activity of ore powder is improved by refining gradually. With the same reaction rate, the reaction temperature of 6. 5 μm powder decreases by about 80 ℃ compared with that of 107.5 μm powder. Thinner diffusion layer can also accelerate the reaction owing to powder refining. The higher the temperature, the greater is the peak of the reduction rates at the same temperature, the greater the particle size, the smaller is the peak value of the reduction rates both inner diffusion and inter-face chemical reaction play an important role in the whole reaction process.     

微尺度氧化铁粉的低温还原机理

用热重分析法研究低温条件下(450、500、550和600℃),氢气还原微尺度氧化铁的还原动力学行为。结果表明:随氧化铁粉粒径减小和反应温度升高,初始反应速率加快,后期反应速率减慢。这是因为反应后期生成大量铁须,铁须之间形成搭桥,导致还原后的粉末严重烧结并致密化,阻碍气体的扩散,致使反应速率减慢。且随着粉体粒径减小,粉体表面吸附能增大,粉体致密程度提高,反应后期的粘结现象更加严重,反应速率相应减慢。采用Hancock-Sharp方法分析微尺度氧化铁粉恒温还原的动力学过程,发现前期阶段Fe2O3→Fe3O4,在500℃以下,相界面化学反应的阻力所占的比例较大,表明此阶段的反应控速环节为界面化学反应,温度超过500℃时,则由界面化学反应机理和相转变机理共同控制,点阵结构由Fe2O3的斜方六面体结构转变为Fe3O4的立方结构;后期阶段Fe3O4→Fe,由于粉体发生粘结,还原反应的控速环节转变为扩散控速。     

基于低温快速预还原的熔融还原炼铁流程

提出了基于低温快速预还原的熔融还原炼铁流程。由三部分组成:熔融气化炉,主要功能是熔化海绵铁和产生预还原所需的还原煤气;预还原部分,由两级快速循环床和一级矿粉预热床组成,主要功能是将矿粉转变成高金属化率的铁粉,金属化率大于85%;煤气处理,包括尾气换热、煤气洗涤、煤气增压、脱除CO2等工序,功能是调节预还原所需的煤气成分、煤气量与温度。新工艺采用精矿粉或粒度小于1 mm的矿粉,具有还原温度低、反应接近平衡态、金属化率高等特点,吨铁燃料比有望在600 kg左右,实现炼铁工艺的高效、节能与减排。     

废旧锂电池正极材料低温碳还原熟化过程动力学研究

采用低温碳还原硫酸熟化工艺处理废弃锂离子电池正极材料,综合回收有价金属Ni、Co、Mn。考察了熟化反应温度、熟化时间和硫酸用量对金属回收率的影响。结果表明,在反应温度250℃、反应时间30min、硫酸和正极黑粉的用量比为0.97mL/g时,有价金属的回收率均超过了96%。进一步对硫酸熟化过程中金属氧化物转变为金属硫酸盐的过程进行动力学研究,确认了废弃锂离子电池正极材料中有价金属硫酸熟化过程的动力学模型为收缩核模型,反应表观活化能在固膜扩散控制的范围内,浓硫酸低温熟化过程受内扩散控制。     

Reduction Kinetics of Metal Oxides by Hydrogen

In this paper, a new kinetic model has been developed for reduction of metal oxides with hydrogen under both isothermal and non‐isothermal conditions. This model describes the kinetics of single reductive reaction and double reductive reactions by considering the diffusion and chemical reaction controlling mechanisms. In particular, the model is in the analytic form of expressing the reduction extent as an explicit function of time, temperature, radius of the particle, and hydrogen partial pressure, which is convenient for using and theoretical analysis. The reduction kinetics of nickel oxide, natural ilmenite, and Fe₂MoO₄ agree well with the theoretical results by the present model.     

A Study of the Effect of Aluminium on the Mechanochemical Reduction of Hematite by Graphite

The effect of addition of small amounts of aluminium on mechano‐chemical reduction of hematite by graphite was studied. Various amounts of aluminium (0 to 10%) were added to a hematite‐graphite mixture, in which C/O ratio was 1:1. The hematite‐graphite‐aluminium mixtures were then subjected to ball milling followed by heating up reduction. The heating up reduction was carried out in Ar atmosphere, using TG‐DTA device. In TG‐DTA experiments, samples were heated by a constant heating rate of 10 °C/min from room temperature up to 1100 °C and maintained for 30 minutes at this temperature. To clarify the reactions which took place during milling and heating up reduction, the samples were subjected to XRD examinations. It was found that the heat generated during exothermic reaction of aluminothermic reduction of hematite promoted the endothermic reaction of carbothermic reduction. In the course of heating up reduction, the carbothermic reaction occurred just after aluminothermic reaction. Increasing of aluminum content from 0 to 10% in 2 hours ball milled samples decreased the temperature of carbothermic reaction from 1020 °C to about 860 °C. The further ball milling of the samples up to 5 and 10 hours, for the samples containing 10 and 5% aluminium respectively, caused the decrease of the temperature of aluminothermic and carbothermic reactions to around the melting point of aluminium.