磁化焙烧反应过程研究

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1、磁化焙烧反应过程研究5」磁化焙烧热力学和动力学探讨固体碳还原赤铁矿矿石的反应机理何两种：直接还原和间接还原.而者表示固体c与铁的氧化物发生固一固相反应.后者表示固体c在向温卜先发生布多尔反应生成co・co与铁的氧化物发生气•固相反应。从动力学角度考虑，还原剂碳粉以同体的形态向铁的氣化物表而扩散并发生相互反应，抑散速度是很大的限制.这导致宜接还原的址卜分仃限；相对应地，在高温条件下.co以气体的形式扩散到铁的氧化物农血并与Z发生反应是比较容易的，因此间接还原是C还原饮饥化物的主要途径。岛温下用固体C还原铁氣化物的反应是一个复杂的多相反应.其中以气•固相反应为匚英反应模型

2、可表示为：A+CO=B+CO2(5-1)式中MA—不同价态的铁氧化物：B—不同价态的铁做化物还原后相对应的产物.假设铁値化物原料的形状近似球状，其多相气•固反应遵从收缩未反应核模型.还原过程包括以下5个步骤(示意图见图5-1)：*反应本反应檢的同休A▲A▼COTCO:流体股McfiW▼图5・l形成固相产物的气•固相反应过稈Fig.5・1Gus-solidphasereactionprocessforsolidphaseproductionformation(1)CO穿过边界层的外扩散：庄岛码■碳迅速气化为co,co依靠分子扩散通过同体颗粒之间的间隙向反应物A接近被吸附

3、.并右相界面发生反应消耗CO,闪而在相界面附近的气流层存在-个JI、仃浓腹羌的气流层，即是边界以(2)CO通过固相产物层的裂纹及微几的内扩散和铁离子、氧离子心固相品格结点间及空位上的扩散：山于CO的扩散被反应物A吸附，在A表面生成•层B,B的表面乂形成一个新的边界层。CO通过同体生成物B的边界层向更内部的反应界血扩散，随若反应的进行，反应物A将逐渐的缩小，而生成物B不断的増大。(1)生反应物和生成物界血(A-B)±的界面化学反应：随着CO气体的扩散.界面的面积将葩反应的进行而减小，而界面化学的反应也是非常的复杂。界面化学反应~般认为分三步完成：第一・步：扩散到A表面的

4、CO气体被吸附：A+CO二ACO第二步：固相的A反应生成固相的B,CO转变为COxaco=bco2.第三步：COm在固体B上解吸；B・CO2=B+CO2(2)反应气体产物CO?穿过生成物层的内扩散；(3)CO?穿过边界层的外扩散。在高沿下，外部扩散的速度是相当的快的，因而限制还原速度的环i'j通常是内扩散，或结晶化学反应阶段，或者是两者的综介控制【时。根据铁氧化物的还原特性，其被CO还原的反应是逐级进行的，主要包括以卜•儿种反应：当T>570r时赤铁矿按以卜•反应方程式进彳A3Fg(s)+CO(g)t2Fe3O4(s)+CO2(g)(5-2)AGr=-52131-41

5、.OT(5-3)lnKp=lnPcoz/Pco=6270.3/T+4.93(5-4)FC3O4⑸+CO(g)-♦3FeO(s)+C6(g)(5-5)AGr=35380-4()」6T(5-6)lnKp=lnPcoz/Pco=-4255.5/T+4.83(5・7)FeO(s)+CO(g)-Fe(s)+CO?(g)(5-8)fAGf=-22800+24.26T(5・9)InKp=lnPcoVPg=2742.4/T+2.92(5-10)当T<570t时赤铁矿按以下反血方程式进行：3Fe2O3(s)+CO(g)-2Fe5O4(s)+CO2(g)(5-11)AGr=・52131-

6、41.0T(5-12)InKp=InPcoi/Pco二6270.3八+4.93(5-13)l/4Fe3O4(s)4-CO(g)-3/4Fe⑸+CO?(g)(5-14)e△Gt=-9832+8.58T(5-15)lnKp=InPcoz/Pco=H82,6/T.1.03(5-16)本研究中还原剂为碳粉，故需要考虑固体碳的气化反应，即仕多尔反应(也称贝■波反应)，布多尔反应与铁的氧化物的还原反应同时进行，碳的气化反应为：C(s)+CO2(g)->2CO(g)(5-17)△Gy*=170700-174.5T(5-18)lnKp=lnPco/Pcm=*20531.6fT+20.

7、99(5-19)以上各式中：AG；—反应的标准吉布斯自由能，J・mol1；T—反应温度，K：Kp-反应的平衡常数。根拥以上各式可以绘制出固体C还原铁氧化物的Fc・C・O平衡图.见图5・2。由以上各式及图5-2可知以下儿点：(1)当T<400*C时，在C・O体系屮，C的气化反应几乎不能发生，C・O体系中几乎没有CO的存在；当TA950・C时，C的表面气化反应很完全，C・O体系中CO浓度超过95%。因此，在950*0以上，以固体碳为还原剂时，C・O体系主要是CO,几乎没有C02o(2)C的布多尔反应曲线与F亡O和C反应曲线、FC3O4与CO的反应曲线分别