碳化鐵制備過程中原料微觀結(jié)構(gòu)和氧化物添加劑的影響.pdf

1、本文介紹了碳化鐵的基本性質(zhì)、用途、碳化鐵的研究歷史和現(xiàn)狀，對碳化鐵制備過程中反應(yīng)溫度、氣氛、各種夾雜物和添加物對制備過程及碳化鐵性質(zhì)的影響進(jìn)行了詳盡的文獻(xiàn)綜述。針對目前碳化鐵的制備過程中反應(yīng)速率和產(chǎn)率不高、以及礦石原料的結(jié)構(gòu)對反應(yīng)過程的影響不明的狀況，研究了礦石的微觀結(jié)構(gòu)對碳化鐵制備過程的影響和氧化物添加劑對碳化鐵反應(yīng)速度和產(chǎn)率的影響。結(jié)論如下： 1.鐵礦石與CH4-H2反應(yīng)的熱力學(xué) 鐵礦石與CH4-H2反應(yīng)主要分為還原

2、和碳化兩個(gè)階段，根據(jù)反應(yīng)物以及不同產(chǎn)物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)求出了各個(gè)反應(yīng)的自由能變化，求出了不同溫度的Fe-C-H-O體系的平衡圖，從平衡圖得知：在同一溫度下，當(dāng)總壓一定時(shí)，隨著反應(yīng)氣氛中水蒸汽分壓的增高，碳化鐵難以生成；隨著反應(yīng)溫度的提高，碳化鐵生成的區(qū)域變小。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，105Pa，1023K，CH4/H2=30/70是生成碳化鐵的比較合適的條件。 2.鐵礦石及過渡相鐵的孔隙度對制備碳化鐵的影響 選取不同致密度三種礦石，在1

3、023K與CH4/H2=30/70的混合氣體反應(yīng)，經(jīng)TG和XRD分析發(fā)現(xiàn)：疏松的礦石有利于還原和碳化反應(yīng)。對各礦石原礦、部分碳化的還原鐵或是未碳化的還原鐵做SEM、EDS以及孔隙分析后發(fā)現(xiàn)，礦石的還原和碳化是從外向內(nèi)逐漸進(jìn)行，疏松的結(jié)構(gòu)有利于鐵礦石的徹底還原并得到疏松多孔的還原鐵，這些有利于碳化鐵的形成。 3.氧化物添加劑對碳化鐵轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化率的影響 選取巴西礦粉做為氧化鐵原料，分別添加不同含量的Cr2O3、MnO2、

4、TiO2、V2O5后進(jìn)行了還原-碳化實(shí)驗(yàn)，對各試樣做TG、XRD以及穆斯堡爾譜分析，得到如下結(jié)論：TiO2對鐵礦石的還原和碳化都有阻礙作用，Cr2O3、MnO2對礦石還原和碳化鐵的生成影響作用不大；V2O5對反應(yīng)過程有明顯的促進(jìn)作用，在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下添加1％V2O5后，反應(yīng)30min試樣中96％碳化鐵能穩(wěn)定存在。 4.用CH4-H2與添加V2O5鐵礦石反應(yīng)制備碳化鐵的動(dòng)力學(xué) 在本實(shí)驗(yàn)條件下，可以按未反應(yīng)核收縮模型來建立動(dòng)