碳化鐵制備過程中原料微觀結構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、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溫度、氣氛、各種夾雜物和添加物對制備過程及碳化鐵性質的影響進行了詳盡的文獻綜述。針對目前碳化鐵的制備過程中反應速率和產率不高、以及礦石原料的結構對反應過程的影響不明的狀況，研究了礦石的微觀結構對碳化鐵制備過程的影響和氧化物添加劑對碳化鐵反應速度和產率的影響。結論如下： 1.鐵礦石與CH4-H2反應的熱力學 鐵礦石與CH4-H2反應主要分為還原

2、和碳化兩個階段，根據(jù)反應物以及不同產物的熱力學數(shù)據(jù)求出了各個反應的自由能變化，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，當總壓一定時，隨著反應氣氛中水蒸汽分壓的增高，碳化鐵難以生成；隨著反應溫度的提高，碳化鐵生成的區(qū)域變小。經實驗驗證，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，經TG和XRD分析發(fā)現(xiàn)：疏松的礦石有利于還原和碳化反應。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逐漸進行，疏松的結構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化速度和轉化率的影響 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后進行了還原-碳化實驗，對各試樣做TG、XRD以及穆斯堡爾譜分析，得到如下結論：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對反應過程有明顯的促進作用，在當前實驗條件下添加1％V2O5后，反應30min試樣中96％碳化鐵能穩(wěn)定存在。 4.用CH4-H2與添加V2O5鐵礦石反應制備碳化鐵的動力學 在本實驗條件下，可以按未反應核收縮模型來建立動