真空碳热还原氧化锶动力学研究

在真空条件下,采用等温法对碳热还原氧化锶的动力学进行了研究。研究结果表明:还原温度对碳热还原氧化锶的还原速度影响较大,温度越高,还原速度越大,在温度高于1573 K时,还原较快。根据Arrhenius方程计算出,在1473～1673 K范围内,当碳的气化反应为控制环节时,反应活化能为163.39 kJ·mol-1;界面化学反应为控制环节时,反应活化能为212.29 kJ·mol-1;气相扩散为控制环节时的活化能为315.00～384.46 kJ·mol-1。扩散控制反应时活化能最大,真空条件下碳热还原氧化锶的还原速度由气相扩散控制。     

硼铁精矿的碳热还原动力学

为了揭示硼铁精矿的碳热还原机理,以高纯石墨为还原剂,进行硼铁精矿含碳球团等温还原实验,并采用积分法进行动力学分析.还原温度分别设定为1000、1050、1100、1150、1200、1250和1300℃,配碳量即C/O摩尔比=1.0.当还原度为0.1<α<0.8时,温度对活化能和速率控制环节有重要影响:还原温度≤1100℃时,平均活化能为202.6 k J·mol-1,还原反应的速率控制环节为碳的气化反应;还原温度>1100℃时,平均活化能为116.7 k J·mol-1,为碳气化反应和Fe O还原反应共同控制.当还原度α≥0.8时(还原温度>1100℃),可能的速率控制环节为碳原子在金属铁中的扩散.碳气化反应是含碳球团还原过程中主要速率控制环节,原因在于硼铁精矿中硼元素对碳气化反应具有较强烈的化学抑制作用.      

1173～1473K下鲕状赤铁矿石墨还原动力学研究

采用热重法研究了1 173～1 373 K下鲕状赤铁矿的石墨还原动力学。研究了温度对还原度和还原速率的影响,采用不同固相反应机理函数对反应过程进行拟合,分析了不同还原阶段反应限制性环节,并对还原样品进行了XRD、SEM和EDX表征分析。结果表明,随着温度增加,还原度和还原反应速率增加,随着还原度增加,还原反应速率先增加后降低;在1 173～1 273 K和1 273～1 373 K两个阶段,反应过程分别符合界面化学反应1-(1-α)~(1/3)和杨德模型[1-(1-α)~(1/3)]~2,对应的表观活化能分别为60.657 kJ/mol和301.662 kJ/mol,反应的限制环节分别为界面化学反应和固态扩散;还原样品的物相组成和微观形貌分析结果与前述反应动力学机理分析结果相符合。     

赤泥含碳球团还原动力学

在900~1 200℃范围内,通过还原失重试验研究了赤泥含碳球团的还原特性。结果表明,还原得到的金属化球团中铁元素总含量在60.7%以上,金属化率在83.48%以上。赤泥含碳球团的金属化率和还原速率均随温度的升高而增大,赤泥含碳球团的还原速率由碳的气化反应和界面化学反应混合控制,表观活化能为110.16~111.42kJ/mol。     

铜渣直接还原动力学

我国铜渣资源储量丰富,渣中含有多种有价金属,具有很高的二次利用价值.为了揭示铜渣提铁的碳热还原机理,以无烟煤为还原剂,进行铜渣含碳球团等温还原实验,并对其进行动力学分析.实验设定的还原温度为1 000 ℃、1 050 ℃、1 100 ℃、1 150 ℃和1 200 ℃,碳氧比即n_c/n_o=1.0.结果表明,对于铜渣含碳球团等温还原实验,温度对反应速率有重要影响;该反应主要限速环节为气相扩散,活化能数值为118.059 kJ/mol;对其进行阶段性动力学分析,其活化能在61.54~146.98 kJ/mol范围内,且活化能的数值随着还原度的变化而变化,具体表现为:第1阶段反应活化能数值较小,原因可能是该阶段反应刚开始,原铜渣中含有一些铁氧化物（Fe₃O₄）先参与了反应;第2阶段反应活化能较高,此时原铜渣中的铁氧化物已基本反应,铁以橄榄石的状态存在,且橄榄石呈液态,致使球团孔隙度降低,气体在球团内的扩散受阻.      

Fe3O4内配石墨球团的还原动力学

开展了Fe3O4内配石墨球团还原试验,以考察球团的中温还原性。设定温度950～1 100℃,时间低于35min。并采用新建立的还原动力学方程(PKV方程)计算球团的动力学参数。结果表明,球团的还原能力随时间、温度的提高而增加,初始时间段及较低温度下增加幅度相对较大;温度对球团的还原影响很大。球团在19min前后的活化能分别为102.046kJ/mol和86.872kJ/mol。控制环节为界面化学反应,前19min为碳的气化反应,后19min为CO还原Fe3O4。     

氧化锌球团还原的机理研究

采用等温法研究了纯氧化锌配加石墨碳粉制成含碳氧化锌球团的还原动力学 ;考察了坩埚尺寸对氧化锌还原的影响 ;并研究了铝浴条件下对含碳或不含碳氧化锌球团还原的影响。结果表明 :根据Arrhenius方程计算出 ,当碳气化反应和界面还原反应为限制环节时 ,在 12 73～ 14 2 3K下其活化能分别为 3 7 615kJ/moL和 43 192kJ/moL ,碳还原氧化锌的还原速度由气相扩散所控制 ,12 73～ 14 2 3K下其活化能为 46 5 48～ 5 3 2 80kJ/moL ,含碳球团在大坩埚中的还原速度快 ,有铝浴存在的还原速度快 ;在 12 73～ 15 2 3K下铝浴与氧化锌球团 (不含碳 )基本不发生还原反应     

不锈钢尘泥球团煤基直接还原动力学

摘要：研究了不锈钢尘泥球团在温度分别为1100、1150、1200、1250℃时的煤基直接还原反应动力学。采用随机成核和随后生长、化学反应控制、相界面反应和n（n=1、2、3、4）维扩散模型及其相应动力学机制函数对反应过程进行拟合,并结合X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段对不锈钢尘泥球团煤基直接还原过程的物相组成、显微结构及元素分布进行表征和分析。研究结果表明：反应初期铁氧化物还原速率较快,随后逐渐减慢,当反应至40min后,反应趋向于平衡。在1100~1250℃温度范围内反应遵从随机成核和随后生长及A1(α)=-ln(1-α)机制函数,碳的气化反应和界面化学反应是尘泥球团煤基直接还原反应的限制性环节,该反应活化能E为47.423kJ/mol,线性相关系数为0996。     

内配塑料铁鳞还原的动力学

采用等温热重法,对内配3％塑料的类Hoganas铁鳞还原体系进行动力学分析,结果表明：与基准实验相比,内配塑料后铁鳞的还原反应表观活化能降低,还原速率提高,在转化率X〈0．9时,控速环节主要为界面化学反应;当X〉0．9时,反应为界面化学反应和气体在小粒子产物层扩散混合控速．     

高磷铁矿石含碳球团等温还原动力学

 为了研究高磷铁矿石含碳球团等温还原动力学在温度为1 173、1 273、1 323、1 373、1 423和1 473 K时,采用界面化学反应模型、Jander方程、Ginstling-Broushtein方程、G Valensi-R E Carter方程等固-固/气反应机理函数对反应过程进行拟合,并采用XRD、SEM、EDX等对样品的物相组成、微观形貌和元素分布进行表征分析。研究结果表明,随着还原程度提高,反应速率由0迅速增至最大值,随后逐渐减小并趋于平缓;当温度为1 173～1 373 K时,反应过程符合界面化学反应,表观活化能为70.02 kJ/mol,线性相关系数为0.948 1;当温度为1 373～1 473 K时,反应过程符合Jander方程,限制步骤为铁离子固相扩散,表观活化能为215.36 kJ/mol,线性相关系数为0.991 2。     

Reduction behavior and mechanism of Hongge vanadium titanomagnetite pellets by gas mixture of H2 and CO

Hongge vanadium titanomagnetite(HVTM)pellets were reduced by H_2-CO gas mixture for simulating the reduction processes of Midrex and HYL-III shaft furnaces.The influences of reduction temperature,ratio ofφ(H_2)toφ(CO),and pellet size on the reduction of HVTM pellets were evaluated in detail and the reduction reaction kinetics was investigated.The results show that both the reduction degree and reduction rate can be improved with increasing the reduction temperature and the H_2 content as well as decreasing the pellet size.The rational reduction parameters are reduction temperature of 1050°C,ratio ofφ(H_2)toφ(CO)of 2.5,and pellet diameter in the range of 8-11 mm.Under these conditions(pellet diameter of 11mm),final reduction degree of 95.51% is achieved.The X-ray diffraction(XRD)pattern shows that the main phases of final reduced pellets under these conditions(pellet diameter of 11 mm)are reduced iron and rutile.The peak intensity of reduced iron increases obviously with the increase in the reduction temperature.Besides,relatively high reduction temperature promotes the migration and coarsening of metallic iron particles and improves the distribution of vanadium and chromium in the reduced iron,which is conducive to subsequent melting separation.At the early stage,the reduction process is controlled by interfacial chemical reaction and the apparent activation energy is 60.78kJ/mol.The reduction process is controlled by both interfacial chemical reaction and internal diffusion at the final stage,and the apparent activation energy is 30.54kJ/mol.     

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.      

Reduction Characteristics and Kinetics of Bayanobo Complex Iron Ore Carbon Bearing Pellets

 The kinetics of isothermal reduction of the carbon bearing pellets, which were mainly composed of Bayanobo complex iron ore and pulverized coal, was investigated by thermogravimetry at the temperature of 1273-1673 K. The effects of xC/xO and the atmospheres on the extent of reduction also were investigated. The results indicate that the fractional reaction increased proportionally with temperature increasing and heating temperature is the significant influence factor to the reaction of carbon bearing pellets. The optimum xC/xO is 1. 2 and the effect of atmosphere on the reduction of iron oxides is almost negligible. The results can be interpreted that the reaction was initially controlled by a mixed controlled mechanism of carbon gasification and interface chemical reaction, and in the later stage, interface chemical reaction became the rate-controlling step. Apparent activation energy values of reduction at different levels of fractional reaction were calculated. Before F (fraction of reaction)=0. 5, the apparent activation energy ranges from 66. 39 to 75. 64 kJ/mol, while after F=0. 5, the apparent activation energy is 80. 98 to 85. 37 kJ/mol.     

Reduction Kinetics of Vanadium Titano-Magnetite Carbon Composite Pellets Adding Catalysts Under High Temperature

Experiments were carried out by adding CaF2 and NaF as catalysts in an Ar atmosphere to study the isothermal reduction kinetics of vanadium titano-magnetite carbon composite pellets under high temperature in the range from 1 473 to 1 673 K. The scanning electron microscope (SEM) was used to characterize the microstructure of product. By analyzing reduction mechanism, it was found that the rate controlling step was gas diffusion, and the activation energy was 178.39 kJ/mol without adding any catalysts. Adding CaF2 or NaF of 3% to vanadium titano-magnetite carbon composite pellets can decrease the apparent activation energy of reduction, and the decrease extent was 14.95 and 15.79 kJ/mol, respectively. In addition, temperature was an important factor influencing on reaction rate.     

烧结矿应用于化学链燃烧的反应特性

本文通过热重实验研究了烧结矿作为载氧体的H₂还原反应特性,将其与通过溶解法制备的Fe₂O₃/Al₂O₃载氧体进行了氧化还原反应性比较,在500~1250℃范围内研究了温度对于烧结矿还原反应过程的影响,在950℃下进行了30次循环反应实验,采用四种模型进行了反应动力学分析.结果表明,烧结矿的H₂还原转化率大于80%,可以完全再氧化,并具有良好的循环反应性能.在500~950℃范围内,随温度升高还原反应速率及最终转化率都显著增加;而当温度高于1100℃时,在反应后期还原反应速率和最终转化率有下降的趋势.在500~950℃范围内,对烧结矿的还原过程第一反应阶段(Fe₂O₃-Fe₃O₄/FeO,还原转化率< 25%)可采用二阶反应模型(M2)拟合,得到表观活化能为E=36.018 kJ·mol-1,指前因子为A₀=1.053×10-2 s -1;第二反应阶段(Fe₃O₄/FeO-Fe,还原转化率> 25%)采用收缩核模型(M4)拟合,得到的表观活化能为E=51.176 kJ·mol-1,指前因子为A₀=1.066×10-2 s -1.      

钒钛磁铁矿含碳球团的还原历程

 为实现钒钛磁铁矿资源的高效合理利用,对钒钛磁铁矿含碳球团的还原过程进行了解析,初步建立了动力学控制方程;利用差热分析方法对钒钛磁铁矿的还原熔分历程进行了分析与讨论,认为钒钛磁铁矿的还原可分为煤的氧化、钒钛磁铁矿的直接还原、借助碳的气化反应的直接还原和还原结束4个部分;以攀枝花钒钛磁铁矿为原料,煤为还原剂,考察了反应时间和温度对含碳球团还原度的影响,确定固体产物层内扩散是钒钛磁铁矿含碳球团直接还原反应的控制性环节,计算出其表观活化能为112.13 kJ/mol。     

Kinetics and mechanism of smelting reduction of fluxed chromite Part 1 Carbon–chromite–flux composite pellets in Fe–Cr–C–Si melts

Abstract

Experimental studies on the smelting reduction of fluxed carbon–chromite composite pellets in Fe–Cr–C–Si alloys were carried out at 1520–1600°C. The reduction reaction was found to be favoured by high temperatures, a high lime addition in the pellets, a long pellet dissolution time, and a moderate melt Cr content. For a given CaO addition, however, the reduction rate initially slowed before increasing with an increasing silica addition to the pellets. A three stage reduction mechanism is proposed. The first stage is very likely to be controlled by solid state and/or gas diffusion with an apparent activation energy of 472 kJ mol^-1 for pellets fluxed with 15%CaO and 25%SiO₂ . The third stage proceeds via smelting mechanisms, with mass transfer in the slag phase possibly rate controlling.