超细氧化铁粉低温还原热力学研究

研究低温还原超细氧化铁粉的还原热力学。用高能球磨法获得的超细氧化铁粉,在280-400℃的温度范围内用氢气还原。对还原后的粉末进行氧含量测定并计算氧化铁粉末的还原率,研究氧化铁粉粒度、还原温度和还原时间等参数对还原率的影响。从热力学的角度,计算不同温度下的反应自由能,分析和求证400℃以下低温氢气还原氧化铁的可行性。研究结果表明Fe2O3向Fe3O4还原反应的自由能在标准状态下为负值,因此还原反应有很大的自发驱动力,反应很容易进行;而Fe3O4向Fe的还原反应的自由能为正值,说明在标准状态下不能进行,要通过调节还原气体的分压比才能使还原反应进行,因此Fe3O4向Fe的还原反应是制约氧化铁粉还原的主要环节,它与非平衡状态下的温度、气体压力和反应物的状态存在紧密的联系。超细氧化铁粉处于非常高的能量状态,可以促使Fe3O4向Fe的还原反应在400℃以下的低还原温度下得以进行。     

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。     

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.     

低温下氢气还原氧化铁的动力学研究

 用热重分析法研究了低温下不同粒度氧化铁的氢还原动力学,得出在同一温度下,铁矿粉粒度从107.5 μm降到2.0 μm后,由于粉体的表面积大幅度增加,提高了粉气接触面积,从而使得化学反应的速度提高了8倍左右,还原反应的表观活化能从78.3 kJ/mol降低到36.9 kJ/mol;当反应速度相同时, 粒度6.5 μm的粉体的反应温度比107.5 μm的降低了80 ℃左右。同时,通过理论推导和实验结果表明,当反应扩散层厚度相同时,铁矿粉粒度越小,反应扩散层厚度越薄,其还原率越高。     

羰基铁粉的回转炉还原工艺研究

用羰基法生产的羰基铁粉中含有碳、氮、氧等少量杂质,分别以Fe3C、Fe4N和Fe3O4形式存在,需进一步纯化处理,以满足羰基铁粉特殊用途的要求。本文利用连续动态还原技术,采用回转炉进行试验,研究了不同条件下羰基铁粉的氢还原效果。结果表明:采用回转炉法还原羰基铁粉的最佳工艺条件为还原温度在340~400℃之间,还原时间5 h,还原压力2 kPa。所制得的羰基粉,碳、氮、氧等杂质元素含量明显降低,铁含量可达99.5%以上,具有很高的纯度。     

铁矿石烧结矿低温还原粉化机理研究

铁矿石烧结矿低温还原粉化机理研究［澳大利亚］Ｃ．Ｅ．ＬｏｏＮ．Ｊ．Ｂｒｉｓｔｏｗ关键词烧结矿，低温还原粉化，机理普遍认为，含铁原料在高炉上部的物理粉化对高炉操作及其稳定性有显著影响，６０年代引入“低温还原粉化”这一术语来说明这种现象。一般，用来检测含...     

氢气还原1～3mm铁矿粉的动力学研究

在自制的kg级高温流化床中研究了氢气还原1～3 mm矿粉的动力学试验。随着时间的增加,气体利用率下降,表明还原前期反应速度快,后期反应慢;温度越高,气体利用率越高,但随着还原时间的增加,差距在逐步缩小;对于750℃,前20 min的气体利用率为9%,金属化率达到84%,说明氢气还原矿粉反应是非常迅速的。随着气速的增加,金属化率在增加,并且几乎成线性关系,因此使用氢气作为还原剂,可以允许更高的气速,从而提高设备的生产效率。随着料高的增加,金属化率不断下降,然而气体利用率却在不断升高。使用氢气作为还原剂,可以将还原温度降低到700～750℃,避免流化床过程中的粘结难题;试验中氢气还原1～3 mm铁矿粉时的表观活化能为58.4kJ/mol。     

马钢氧化铁粉质量现状及与新标准的差距和相应对策

以修订后的SJ／T10383（（软磁铁氧体用氧化铁》标准为依据，分析了马钢现行氧化铁粉质量与新标准之间的差距，提出了适应新标准的相应技术解决方案和对策。     

盐酸再生氧化铁粉中硼的来源分析

修定后的SJ／T10383《软磁铁氧体用氧化铁》标准对硼的含量提出非常高的要求，正常情况下氧化铁粉中的硼含量微乎其微。文章中分析、探讨了硼的来源和避免盐酸再生法生产氧化铁粉中硼的含量超标的控制方法。     

Influence of size of hematite powder on its deoxidation kinetics with H2 at low temperature

 The deoxidation kinetics of hematite ore with various particle sizes with hydrogen at low temperature and reduction mechanisms were studied using the thermogravimetric analysis. Under the same temperature, after particle size of powder becomes thinner from 107.5μm to 2μm, the surface area of powder and the contact area between powder and gas increase, which makes the deoxidation process of hematite accelerate about 8 times, and the apparent activation energy of deoxidation reaction drops to 36.9 kJ/mol from 78.3 kJ/mol because of activity of ore powder improved with refining gradually. Under the same reaction rate, the reaction temperature of 6.5μm powder decreases about 80℃ than that of 107.5μm powder. Thinner diffusion layer also helps accelerate the reaction with powder refining. The higher the temperature, the greater peak of deoxidation rate is; under the same temperature, the greater the particle size, the smaller the peak of deoxidation rate is; both inner diffuse and interface chemical reaction play an important role in the whole reaction process.     

超细赤铁矿粉非熔态还原实验研究

研究了平均粒度为2μm的超细赤铁矿粉和粒度分布为0.18～0.154mm的常规细矿粉在非熔态下的还原情况.以矿粉的还原度为目标,用改造后的L₁₆(2¹⁵)正交表安排4×2³次试验,以排除还原气氛、还原温度和还原时间等因素的干扰.结果表明,在纯H₂、100%CO两种气氛下,温度为650～850℃时,均能实现不同程度Fe₂O₃→Fe的还原,与常规粒度矿粉相比,超细矿粉的还原度较高,获得相同还原度时所需的还原温度约低365℃.试验中,各因子之间均无相关性,可分别估计其定量的影响,建立线性回归式.超细赤铁矿粉非熔态还原后的粒度分布观察表明,颗粒间并未发生烧结,还原产物仍为粉状.     

贵州鲕状赤铁矿的氢气还原行为

在800～1100℃范围内、H2体积分数为99.99％的气氛条件下,采用气基直接还原工艺对贵州鲕状赤铁矿进行了恒温还原研究,使用X射线衍射仪和光学显微镜对还原产物进行了表征,通过阿伦尼乌斯公式计算了还原反应的表观活化能,并采用未反应核模型判断了还原反应的限制性环节.结果表明:当还原温度为1100℃,还原时间为150 min,二元碱度为1.0时,可以获得金属化率为91.15％的直接还原产物,原矿中加入CaO促进了FeAl2O4和Fe2SiO4的还原,是还原产物金属化率提高的主要原因.动力学结果表明:原矿在900～1 100℃的还原过程中受气体内扩散控制,其表观活化能为18.95 kJ/mol,并且在典型气体内扩散范围内.     

MgO对赤铁矿粉矿烧结产物低温还原过程的影响

铁矿粉烧结中添加MgO有助于稳定磁铁矿和抑制二次赤铁矿的形成,可以改善烧结矿低温还原粉化性能,但其对烧结矿低温还原过程的影响尚不是十分明确。通过热重法测定不同MgO含量的烧结产物在550℃还原过程中质量的变化,定量地了解MgO对烧结产物低温还原性的影响。同时结合XRD和光学显微镜跟踪试样在还原前后矿物组成、结构及裂纹的变化,揭示了MgO改善烧结矿低温还原粉化的机理。结果表明,MgO对烧结产物低温还原过程的影响与Al_2O_3含量有关,不含Al_2O_3时,MgO抑制烧结产物的低温还原,添加Al_2O_3后,MgO对烧结产物低温还原的抑制作用减弱。另外,烧结产物还原过程中裂纹的形成与烧结产物的矿物组成及结构有关,适当的孔隙有利于减少裂纹的形成,这很好地解释了实际铁矿石烧结生产中添加少量的MgO可以改善烧结矿的低温还原粉化性。     

鲕状赤铁矿生物质低温磁化焙烧

对生物质磁化鲕状赤铁矿石进行研究,包括磁化温度、磁化时间、生物质用量以及赤铁矿石粒度对磁化效果的影响.在磁化温度为600℃,赤铁矿石与生物质的质量比为10∶2的情况下,利用生物质热解产生的气体和焦油在30 min内可以完全磁化粒度为0.074 mm(>72.5%)的赤铁矿石,验证了生物质替代煤基还原剂进行磁化焙烧具有一定的可行性.此外,矿石粒度对磁化焙烧还原度的影响比较大,矿石粒度越大,完全磁化所需时间越长.根据生物质还原剂的特点,适当地减小矿石粒度可以有效改善赤铁矿石的磁化性能.     

MgO对铁矿石烧结过程中二次赤铁矿形成的影响

前人研究表明,二次赤铁矿是导致烧结矿低温还原粉化的主要因素,它的生成与烧结原料中MgO含量有关,但其影响机理尚不明确。通过热重法测定不同MgO和Fe_2O_3比例试样在升温-恒温-降温过程中质量变化,定量地了解MgO对Fe_2O_3向Fe_3O_4转变的影响。同时结合XRD分析和光学显微镜观察,揭示了矿物和相结构变化,研究了烧结过程中MgO对二次赤铁矿生成的抑制机理。结果表明,加入MgO后,它与Fe_2O_3反应形成了铁酸镁和含镁磁铁矿,前者促进了升温过程含镁磁铁矿生成,而后者低温下比磁铁矿更稳定,抑制了降温过程磁铁矿氧化,减少了二次赤铁矿的生成。因此,明确了加入少量MgO改善烧结矿低温还原粉化性能的主要原因。     

铁酸钙与赤铁矿非等温还原动力学

采用非等温热重的方法,在30% CO+70% N₂(体积分数)气氛下,以10 K·min^-1升温至1123 K的过程中,比较了铁酸钙与赤铁矿的逐级还原过程及其还原动力学.结果表明:铁酸钙和赤铁矿开始还原温度分别为873 K和623 K;由反应速率与反应度的关系及分阶段X射线衍射物相分析发现,铁酸钙还原过程为两段式反应(CaO·Fe₂O₃→2CaO·Fe₂O₃→Fe),而赤铁矿还原过程为传统的三段式反应(Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe).通过Freeman-Carroll法计算得知铁酸钙和赤铁矿的还原平均活化能分别为49.88和43.74 kJ·mol^-1;铁酸钙还原过程符合随机成核随后生长模型,动力学模式函数为Avrami-Erofeev方程,其积分形式为[-ln (1-α)]ⁿ;而赤铁矿还原过程动力学机理分为两部分,在还原度α为0.1~0.5时,为三级化学反应模型,模式函数积分形式为1-(1-α)³;在α为0.5~0.9时,符合二维圆柱形扩散模型,动力学模式函数为Valensi方程,其积分形式为α+(1-α)ln (1-α).     

微细粒贫赤铁矿碳热还原的动力学

通过对微细粒贫赤铁矿进行非等温动力学研究,考察其反应控速环节,并探究反应配碳量及升温速率对还原过程的影响,研究结果表明:还原过程由界面反应控制;配碳量增加及升温速率提高均对还原反应起促进作用;碱金属盐对还原具有催化作用,降低了反应活化能。