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。     

低温还原制取超细铁粉的研究

探索了超细氧化铁粉低温还原制取超细铁粉的研究.采用高能球磨,制得不同粒度的超细氧化铁粉末,然后,分别在不同还原温度和还原时间下,进行氢气还原.对还原后的粉末进行氧含量的测定,并计算出氧化铁粉末的还原率,对还原铁粉进行粒度和粒度分布的分析,通过扫描电子显微镜,观察还原铁粉的形貌.找出超细氧化铁粉粒度、还原温度、还原时间等参数对氧化铁粉还原率、铁粉粒度、粒度分布和铁粉形貌等的影响.由于采用了高能球磨的方式破碎粉末,显著地增加了氧化铁粉末的比表面积、表面能及提高了粉末的活性.研究结果表明,较大地降低了还原温度,即使在280℃温度下,仍然可以被氢气还原.由于还原反应是在很低的温度下进行,粉末颗粒长大的动力被极大降低,所以能够制得超细铁粉.采用0.35μm氧化铁粉,在400℃的还原温度下,可以制取到粒度小于0.4 μm的超细铁粉,并且还原率接近100%.     

纳米氧化铁粉制取微细铁粉的研究

本文探讨了用纳米氧化铁粉末还原来制取微细铁粉的工艺。用纳米氧化铁粉末作原料,分别在不同的温度,不同的还原时间下,用氢气还原来制备微细铁粉。研究表明纳米氧化铁粉活性高,还原温度低,可获得微细铁粉;测量了各个温度和时间下反应的还原率和所得粉末的比表面积,并进行了比较和分析。     

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。     

超细氧化铁低温还原工艺研究

研究了超细氧化铁低温氢气还原制取超细铁粉的工艺。用高能球磨获得的不同粒度的氧化铁粉末在氢气气氛下进行低温还原,利用氮氧分析仪测定氧含量,计算氧化铁粉末的还原率,分析各因素对还原率的影响,并进行比较分析,得出最佳的还原工艺参数为:还原温度为700℃,还原时间为60 min,氧化铁粉末平均粒度为0.8μm,氢气流量为1.0 L/min。     

超纯铁精矿粉直接还原制备超细铁粉

将超纯铁精矿粉气流粉碎到微米级,用氢气直接还原制备超细铁粉,利用正交实验法研究还原温度、时间、氢气流量等工艺参数对还原率的影响。结果表明:对超纯铁精矿粉还原率的影响程度从大到小依次为温度、时间、氢气流量,综合考虑生产成本,确定最佳的还原工艺参数为温度780℃、时间60 min、氢气流量0.3 L/min。在此工艺条件下得到的超细铁粉,全铁含量为98.58%,氢损0.45%,酸不溶物含量为0.19%,其化学成分符合粉末冶金用铁粉标准,一次粒度小于5μm。     

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。     

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。     

赤铁粉矿在H2气氛中的闪速还原行为

通过高温下的动力学实验对铁粉矿在H_2气氛中的闪速还原行为进行了研究.采用XRD、SEM和金相显微镜对反应后铁粉矿的物相组成和单个粉矿颗粒表面及内部微观形貌的演变规律进行了分析,采用化学分析法获得了反应后赤铁粉矿的还原度.结果表明:铁粉矿高温下发生的闪速还原仍然遵循Fe_2O_3→Fe_3O_4→FeO→Fe的逐级还原规律.粉矿颗粒的剖面由未反应核和产物层构成,符合未反应核模型的描述.采用模型函数配合法得出铁粉矿与H_2在高温下发生闪速还原反应的限制性环节是界面化学反应,进一步基于动力学模型计算得到,闪速还原的表观活化能为311 kJ/mol.     

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。     

白云鄂博铁精矿氢气流化还原试验

通过可视流化床研究不同温度和氢气流速下对还原白云鄂博铁精矿的影响。试验表明,同一温度下,氢气流速的增加有利于提高流化还原反应的还原效率,但这种作用在低温下更为明显。随温度的升高,流化还原效率提高,但高温下流化效率增长幅度小于低温。应用热重分析研究了不同温度下氢气还原白云鄂博铁精矿的还原动力学,结果表明:其反应的限制性环节为内扩散,活化能随还原时间呈现先下降后上升的现象,而表观活化能的降低更有利于反应的加速进行。在试验条件下,5~10 min时的还原反应速度较快。     

氧化铁矿微粉气相还原机理研究

 应用失重技术研究了450~600 ℃下氢气还原超细氧化铁粉过程。采用扫描电镜和X射线来分析还原过程中的结构及物相变化。研究结果表明,由于纳米颗粒的尺寸效应,反应初始速率增加。不同温度下,还原速率随着还原程度增加而减小。还原过程的速率控制过程通过反应过程中的部分结构变化、活化能及气固反应数学模型确定。结果表明,H2还原超细氧化铁的初始阶段由化学反应过程控制,在反应后期阶段,反应过程是受化学动力学和内扩散的混合控制。     

Hydrogen reduction characteristics and mechanism of ultrafine iron ore powder under mechanical activation

The hydrogen based reduction characteristics of iron ore powder with different degrees of mechanical activation were studied by thermogravimetry, and the reduction reaction mechanism was analyzed and discussed. The experimental results show that mechanical activation has a facilitating effect on the reduction of iron ore powder by hydrogen, and the longer the mechanical activation time, the lower the reduction characteristic temperature and the lower the activation energy required for the reduction reaction, but the reaction mechanism remains unchanged, and the restrictive step of the reaction is its interfacial reaction. Mechanical activation obviously affects the step by step reaction of ultrafine iron ore powder, for the unactivated iron ore powder, the step by step reaction level is extremely insignificant, while for the activated iron ore powder the step by step reaction level becomes more and more distinct with the increase of activation time.     

机械活化条件下超细铁矿粉氢基还原特性及机制

摘要：通过热重法研究了不同机械活化程度的铁矿粉氢基还原特性,并分析和探讨了其还原反应机制。实验结果表明,机械活化对氢气还原铁矿粉有促进作用,机械活化时间越长,还原特征温度越低,还原反应所需的活化能也越低,但反应机制未发生变化,反应的限制性环节是其界面反应。机械活化明显影响到超细铁矿粉的逐级反应,对于未经活化的铁矿粉而言,逐级反应层次极不明显,而对于活化后铁矿粉的逐级反应层次随着活化时间的增加越发分明。     

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.     

Hydrogen reduction kinetics of nickel sulfide in the presence of calcium oxide

Recovery of pure nickel from nickel sulfide (Ni₃S₂) was studied by following to completion the hydrogen reduction reaction in the presence of calcium oxide. The effects of reaction temperature, molar ratio of calcium oxide to nickel sulfide, bed depth, and particle size of the nickel sulfide powder on the reaction were experimentally investigated. A simple empirical integrated rate equation describing the relationship among these variables over the temperature range 773 to 973 K was derived. The activation energy for the scavenged reaction was found to be 101.9 kJ from the experimental data. Over the range of experimental conditions, both globular and fibrous forms of metallic nickel were observed.     

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.