Reduktion av hematit (Fe2O3) till metalliskt järn (Fe) med CO i en mikrovätskebäddsreaktionsanalysator: A multistep kinetics study

Reduktionskinetiken av α-Fe2O3 till metalliskt järn genom kolmonoxid vid temperaturer på 1023 till 1223 K undersöktes experimentellt i en mikro fluidiserad bäddreaktor med in-situ masspektrometeranalys av produktgaser. Resultaten visar att den totala reduktionsprocessen kan delas upp i två delar som går i serie. Den första delen representerar en enstegsreaktion Fe2O3 → Fe3O4 som sker snabbt och täcker omvandlingen från 0 till 1/9. Den andra delen representerar en tvåstegsreaktion Fe3O4 → Fe som är en kombination av två enstegsreaktioner: Fe3O4 → FeO och FeO → Fe som sker parallellt och täcker konverteringsområdet från 1/9 till 1,0. Reduktionen från Fe2O3 till Fe3O4 kan på ett rimligt sätt beskrivas av första ordningens reaktionsmodell, medan reduktionen från Fe3O4 till Fe kan beskrivas av en parallell reaktionsmodell som bygger på Johnson-Mehl-Avrami-ekvationen (JMA). De skenbara aktiveringsenergierna för Fe2O3 → Fe3O4, Fe3O4 → FeO och FeO → Fe bestämdes till 30,60 ± 0,75 till 52,99 ± 0,78 KJ/mol, 52,44 ± 0,10 till 80,83 ± 0,12 KJ/mol respektive 45,74 ± 0,25 till 92,12 ± 0,27 KJ/mol, och de visade sig öka med ökande CO-koncentration.