Reductie van hematiet (Fe2O3) tot metallisch ijzer (Fe) door CO in een micro-wervelbed-reactieanalysator: A multistep kinetics study

De reductiekinetiek van α-Fe2O3 tot metallisch ijzer door koolmonoxide bij temperaturen van 1023 tot 1223 K werd experimenteel onderzocht in een micro-wervelbedreactor met in-situ massaspectrometeranalyse van de productgassen. Uit de resultaten blijkt dat het totale reductieproces kan worden opgesplitst in twee delen die in serie verlopen. Het eerste deel is een eenstapsreactie Fe2O3 → Fe3O4 die snel verloopt en de omzetting van 0 tot 1/9 dekt. Het tweede deel vertegenwoordigt een tweestapreactie Fe3O4 → Fe die een combinatie is van twee eenstapreacties: Fe3O4 → FeO en FeO → Fe die parallel verlopen en het omzettingsbereik van 1/9 tot 1,0 bestrijken. De reductie van Fe2O3 tot Fe3O4 kan redelijk worden beschreven door het eerste-orde reactiemodel, terwijl de reductie van Fe3O4 tot Fe kan worden beschreven door een parallel reactiemodel op basis van de Johnson-Mehl-Avrami (JMA)-vergelijking. De schijnbare activeringsenergieën voor Fe2O3 → Fe3O4, Fe3O4 → FeO en FeO → Fe werden bepaald op respectievelijk 30,60 ± 0,75 tot 52,99 ± 0,78 KJ/mol, 52,44 ± 0,10 tot 80,83 ± 0,12 KJ/mol en 45,74 ± 0,25 tot 92,12 ± 0,27 KJ/mol, en bleken toe te nemen met toenemende CO-concentratie.