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北京科技大学最新研究:600 ~ 1050℃氢气还原致密赤铁矿的动力学

论论资讯 | 2023-03-01 3热度

Metals

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Reduction Kinetics of Compact Hematite with Hydrogen from 600 to 1050 °C

He J.; Li K.; Zhang J.; Conejo A.N.

Published:2023-03-01
DOI:10.3390/met13030464

研究背景

随着全球气候变化的日益严重,替代化石燃料成为了一个必要的选择。而利用氢气还原铁矿石是一种可行的替代方案。然而,之前的研究存在一些温度与还原速率之间的差异。因此,如何提高还原速率,降低能源消耗成为了当前研究的关键问题。

研究内容

本文主要研究了纯铁氧化物(赤铁矿)与氢气在600到1050摄氏度下的还原动力学。研究采用了热重等温还原实验,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对原始样品和最终产物的形态和化学成分进行了分析。结果表明,从赤铁矿到磁铁矿(Fe3O4)的转化速率最高,约为5%/min,而从磁铁矿到伍斯蒂矿(FeO)的第二阶段转化速率降至约2-5%/min。从伍斯蒂矿到金属铁(Fe°)的还原速率几乎保持不变,约为0.3-1%/min。通过计算表观活化能和将实验数据拟合到一个气固反应方程中,评估了还原控制机制。在本实验条件下,纯赤铁矿与氢气的还原速率随温度线性增加,从600到1000摄氏度,没有速率最小值。超过1000摄氏度时,还原速率由于烧结现象而降低。这一结果表明,使用纯赤铁矿和氢气作为还原气体的最高还原温度为1000摄氏度。使用氢气作为还原气体的还原控制机制为从赤铁矿到伍斯蒂矿的化学反应和从伍斯蒂矿到金属铁的扩散控制。最后,本文还对伍斯蒂矿的还原过程进行了简要描述。

研究意义

本研究揭示了纯赤铁矿与氢气还原的动力学规律,为提高还原速率,降低能源消耗提供了新思路。此外,本研究还为铁矿石的高效利用提供了理论基础。研究结果对于铁矿石的工业生产以及环保具有重要意义。

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