海南石碌铁矿氢基矿相转化过程中的氢还原动力学和微观结构演变
来源：钢铁研究学报杂志2022年第12期北京时间：
作者：韩文杰1,2, 朱一民1,2, 李文博1,2, 刘杰1,2, 韩跃新1,2
单位：1.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;；2.辽宁省难采选铁矿石高效开发利用技术工程实验室,辽宁沈阳110819
摘要：钢铁工业碳排放量巨大,氢还原在钢铁行业减少二氧化碳排放和实现碳中和方面备受关注。因此,针对海南石碌铁矿研究了其在氢基矿相转化中的氢还原(H<sub>2</sub>流量:100 mL/min;H<sub>2</sub>∶N<sub>2</sub> =20%∶80%(体积比))过程,为海南石碌铁矿的低碳开发利用提供了理论依据。采用化学分析、X射线衍射、高温热台显微镜和扫描电镜对其还原动力学、相变和微观结构变化进行了研究。结果表明,H<sub>2</sub>流量达到120 mL/min时发生了过还原,赤铁矿转化为亚铁相(FeO)。在氢基矿相转化过程中,原料中的赤铁矿被还原为磁铁矿,且反应速率随温度升高而增加。赤铁矿的还原反应受相界反应控制,其反应活化能为75.99 kJ/mol,指前因子为81.59 s<sup>-1</sup>,反应机制函数为<i>G</i>(<i>α)=[1-(1-α</i>)<sup>1/3</sup>]<sup>1/2</sup>,反应模型为三维扩散模型(Jander, <i>n</i>=1/2)。微观结构分析表明,矿样与氢气接触后,还原反应开始。随着还原反应的进行,固体颗粒表面裂纹逐渐发展,生成的磁铁矿含大量裂纹,H<sub>2</sub>和反应生成的水蒸气可以沿着裂纹扩散,促进了反应的完成。
关键词：氢基矿相转化,转化率,反应速率,动力学,微观结构演变
基金资助：辽宁省“兴辽英才计划”项目资助(XLYC2007055)
