Reduction of hematite (Fe2O3) to metallic iron (Fe) by CO in a micro fluidized bed reaction analyzer: A multistep kinetics study

Kokeellisesti tutkittiin α-Fe2O3:n pelkistymiskinetiikkaa metalliseksi raudaksi hiilimonoksidilla 1023-1223 K:n lämpötiloissa mikroleijukerrosreaktorissa, jossa tuotekaasut analysoitiin paikan päällä massaspektrometrillä. Tulokset osoittavat, että koko pelkistysprosessi voidaan jakaa kahteen osaan, jotka etenevät peräkkäin. Ensimmäinen osa edustaa yksivaiheista reaktiota Fe2O3 → Fe3O4, joka tapahtuu nopeasti ja kattaa konversion 0:sta 1/9:ään. Toinen osa edustaa kaksivaiheista reaktiota Fe3O4 → Fe, joka on kahden yksivaiheisen reaktion yhdistelmä: Fe3O4 → FeO ja FeO → Fe, jotka tapahtuvat rinnakkain ja kattavat konversioalueen 1/9-1,0. Pelkistymistä Fe2O3:sta Fe3O4:ksi voidaan kohtuullisesti kuvata ensimmäisen kertaluvun reaktiomallilla, kun taas pelkistymistä Fe3O4:sta Fe:ksi voidaan kuvata rinnakkaisella reaktiomallilla, joka perustuu Johnson-Mehl-Avramin (JMA) yhtälöön. Fe2O3:n → Fe3O4:n, Fe3O4:n → FeO:n ja FeO:n → Fe:n näennäisaktivoitumisenergioiksi määritettiin 30,60 ± 0,75-52,99 ± 0,78 KJ/mol, 52,44 ± 0,10-80,83 ± 0,12 KJ/mol ja 45,74 ± 0,25-92,12 ± 0,27 KJ/mol, ja niiden todettiin kasvavan CO-konsentraation kasvaessa.