Reduktion af hæmatit (Fe2O3) til metallisk jern (Fe) ved CO i en mikro fluidiseret bed reaktionsanalysator: En flertrins kinetikundersøgelse

Reduktionskinetikken af α-Fe2O3 til metallisk jern ved hjælp af kulilte ved temperaturer fra 1023 til 1223 K blev eksperimentelt undersøgt i en mikro fluidiseret bed reaktor med in-situ massespektrometeranalyse af produktgasser. Resultaterne viser, at den samlede reduktionsproces kan opdeles i to dele, der foregår i serie. Den første del repræsenterer en enkelttrinsreaktion Fe2O3 → Fe3O4, der finder hurtigt sted og dækker omsætningen fra 0 til 1/9. Den anden del repræsenterer en totrinsreaktion Fe3O4 → Fe, som er en kombination af to enkelttrinsreaktioner: Fe3O4 → FeO og FeO → Fe, der finder sted parallelt og dækker konverteringsområdet fra 1/9 til 1,0. Reduktionen fra Fe2O3 til Fe3O4 kan rimeligt beskrives ved hjælp af første ordens reaktionsmodel, mens reduktionen fra Fe3O4 til Fe kan beskrives ved hjælp af en parallel reaktionsmodel baseret på Johnson-Mehl-Avrami-ligningen (JMA-ligningen). De tilsyneladende aktiveringsenergier for Fe2O3 → Fe3O4, Fe3O4 → FeO og FeO → Fe blev bestemt til henholdsvis 30,60 ± 0,75 til 52,99 ± 0,78 KJ/mol, 52,44 ± 0,10 til 80,83 ± 0,12 KJ/mol og 45,74 ± 0,25 til 92,12 ± 0,27 KJ/mol, og de blev fundet at stige med stigende CO-koncentration.