Reduktion von Hämatit (Fe2O3) zu metallischem Eisen (Fe) durch CO in einem Mikro-Wirbelschicht-Reaktionsanalysator: A multistep kinetics study

Die Reduktionskinetik von α-Fe2O3 zu metallischem Eisen durch Kohlenmonoxid bei Temperaturen von 1023 bis 1223 K wurde experimentell in einem Mikro-Wirbelschichtreaktor mit In-situ-Massenspektrometeranalyse der Produktgase untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass der gesamte Reduktionsprozess in zwei Teile aufgeteilt werden kann, die in Serie ablaufen. Der erste Teil stellt eine einstufige Reaktion Fe2O3 → Fe3O4 dar, die schnell abläuft und die Umwandlung von 0 bis 1/9 abdeckt. Der zweite Teil stellt eine zweistufige Reaktion Fe3O4 → Fe dar, die eine Kombination aus zwei einstufigen Reaktionen ist: Fe3O4 → FeO und FeO → Fe, die parallel ablaufen und den Bereich der Umwandlungen von 1/9 bis 1,0 abdecken. Die Reduktion von Fe2O3 zu Fe3O4 kann durch das Reaktionsmodell erster Ordnung angemessen beschrieben werden, während die Reduktion von Fe3O4 zu Fe durch ein paralleles Reaktionsmodell auf der Grundlage der Johnson-Mehl-Avrami-Gleichung (JMA) beschrieben werden könnte. Die scheinbaren Aktivierungsenergien für Fe2O3 → Fe3O4, Fe3O4 → FeO und FeO → Fe wurden mit 30,60 ± 0,75 bis 52,99 ± 0,78 KJ/mol, 52,44 ± 0,10 bis 80,83 ± 0,12 KJ/mol bzw. 45,74 ± 0,25 bis 92,12 ± 0,27 KJ/mol bestimmt, und es wurde festgestellt, dass sie mit steigender CO-Konzentration zunehmen.