Cinética de reducción de hematita compacta con hidrógeno de 600 a 1050 degreesC
Autores: He, Junguo; Li, Kejiang; Zhang, Jianliang; Conejo, Alberto N.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Minerales de hierro
Reducción
Hidrógeno
Temperatura
Tasa mínima
Hierro metálico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 4
Citaciones: Sin citaciones
La reducción de minerales de hierro con hidrógeno es una solución para reemplazar los combustibles fósiles. Por esta razón, es importante discutir discrepancias anteriores. Algunos estudios previos sugieren un mínimo de tasa con respecto a la temperatura. Nuestro trabajo de investigación indica que se puede evitar un mínimo de tasa. Se llevaron a cabo experimentos de reducción isotérmica termogravimétrica de 600 a 1050 grados C con óxido férrico puro y hidrógeno utilizando un horno tubular. La morfología y la composición química de la muestra inicial, que consiste en hematita particulada (Fe2O3), y el producto final, que consiste en hierro metálico (Fe), se definieron utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos X (XRD). La tasa de reducción para la conversión de hematita a magnetita (Fe2O3 a Fe3O4) fue la más alta, alrededor del 5 %/min, disminuyendo a alrededor del 2-5 %/min para la segunda etapa de conversión de magnetita a wüstita (Fe3O4 a FeO). Esta tasa de reducción se mantiene casi constante desde aproximadamente el 20-80 % de reducción, disminuyendo a 0.3-1 %/min para la finalización de la reducción de wüstita a hierro metálico (FeO a Fe). El mecanismo de control de la reducción se evaluó en función de la energía de activación aparente calculada y el ajuste de los datos experimentales a una ecuación de reacción gas-sólido. Bajo las condiciones experimentales de este trabajo, la tasa de reducción de hematita pura con hidrógeno aumentó linealmente con las temperaturas de 600 a 1000 grados C, sin un mínimo de tasa en este rango de temperatura. Por encima de 1000 grados C, la tasa de reducción disminuyó debido a fenómenos de sinterización. Este resultado sugiere una temperatura máxima de reducción de 1000 grados C utilizando hematita pura y hidrógeno como gas reductor. Los mecanismos de control de la reducción identificados utilizando hidrógeno como gas reductor fueron la reacción química para la conversión de hematita a wüstita y el control de difusión para la reducción final de wüstita a hierro metálico. Dado que la tasa de reducción de wüstita a hierro metálico es la que afecta la tasa general de reducción, también se evaluaron los cambios generales en la porosidad. Finalmente, la reducción de wüstita se describe esquemáticamente.
Descripción
La reducción de minerales de hierro con hidrógeno es una solución para reemplazar los combustibles fósiles. Por esta razón, es importante discutir discrepancias anteriores. Algunos estudios previos sugieren un mínimo de tasa con respecto a la temperatura. Nuestro trabajo de investigación indica que se puede evitar un mínimo de tasa. Se llevaron a cabo experimentos de reducción isotérmica termogravimétrica de 600 a 1050 grados C con óxido férrico puro y hidrógeno utilizando un horno tubular. La morfología y la composición química de la muestra inicial, que consiste en hematita particulada (Fe2O3), y el producto final, que consiste en hierro metálico (Fe), se definieron utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos X (XRD). La tasa de reducción para la conversión de hematita a magnetita (Fe2O3 a Fe3O4) fue la más alta, alrededor del 5 %/min, disminuyendo a alrededor del 2-5 %/min para la segunda etapa de conversión de magnetita a wüstita (Fe3O4 a FeO). Esta tasa de reducción se mantiene casi constante desde aproximadamente el 20-80 % de reducción, disminuyendo a 0.3-1 %/min para la finalización de la reducción de wüstita a hierro metálico (FeO a Fe). El mecanismo de control de la reducción se evaluó en función de la energía de activación aparente calculada y el ajuste de los datos experimentales a una ecuación de reacción gas-sólido. Bajo las condiciones experimentales de este trabajo, la tasa de reducción de hematita pura con hidrógeno aumentó linealmente con las temperaturas de 600 a 1000 grados C, sin un mínimo de tasa en este rango de temperatura. Por encima de 1000 grados C, la tasa de reducción disminuyó debido a fenómenos de sinterización. Este resultado sugiere una temperatura máxima de reducción de 1000 grados C utilizando hematita pura y hidrógeno como gas reductor. Los mecanismos de control de la reducción identificados utilizando hidrógeno como gas reductor fueron la reacción química para la conversión de hematita a wüstita y el control de difusión para la reducción final de wüstita a hierro metálico. Dado que la tasa de reducción de wüstita a hierro metálico es la que afecta la tasa general de reducción, también se evaluaron los cambios generales en la porosidad. Finalmente, la reducción de wüstita se describe esquemáticamente.