铁氧化物富氢还原动力学研究

• 作 者: 杨晓波
• 出 处: 北京科技大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 氢还原 铁氧化物 结构演变 烧结

随着全球对CO：温室气体排放的限制越来越严格,冶金工作者们重新开始重视氢还原方面的研究。然而要实现氢还原在冶金中的实际应用,需要进一步全面了解氢还原的反应特征和控制方法。目前为止,虽然铁氧化物氢还原已有许多研究,但对某些特殊行为,如反应速率随温度的升高异常下降仍没有确切解释。此外,高温下产物易粘结、富氢还原低温易析碳、还原气体利用率低、廉价氢气的大规模制备等问题仍然存在,需要人们去解决。本文从氢还原动力学及产物结构变化的角度,对上述部分问题加以研究,分析不同还原条件对其的影响。使用热重分析法对Fe₂O₃粉体、Fe304粉体、FeO粉体和薄片状FeO在等温和非等温条件下的静态还原过程进行了研究,考察了温度、还原气体成分、分压、恒温时间等因素对还原动力学和反应机理的影响。结合扫描电镜和XRD检测,对不同还原条件下速率、还原分数变化及产物烧结现象进行了分析,主要结论如下。Fe₂O₃粉体和Fe304粉体在还原过程中均有反常温度效应出现,反应速率随温度升高而减小,速率异常变化与FeO→Fe阶段的还原有关。Fe₂O₃粉体873K以上还原过程中Fe3O4→FeO与FeO→Fe是同步进行的。纯氢中出现少量CO可使速率发生较大下降。温度低于1173K的保温过程不影响还原前后的反应速率和产物烧结,烧结只发生在还原过程中。FeO粉体在933-1073K还原过程中现了反常的温度效应,产物烧结和致密化现象是主要原因。H₂-Ar等温还原研究表明,在973 K-1023 K,氢气含量的增加使得最终还原度降低。产物结构分析显示,氢气含量增加使得新生铁相粘结加剧,阻碍反应气扩散。H₂-CO等温还原研究表明,873K和973K还原中存在明显的析碳反应。873K,30%H₂+70%CO条件下最易发生析碳反应,高温还原可有效避免其发生。