بررسي اثر فرايند فعال سازي مكانيكي بر سينتيك واكنش احياي كربوترمي هماتيت در حضور آهن

The effect of mechanical activation on the carbothermic reduction kinetics of hematite-graphite mixture in presence of iron

در اين پژوهش اثر افزايش آهن بر فعال سازي مكانيكي و تغييرات ساختاري مخلوط پودري هماتيت-گرافيت و نيز بر سينيتيك فرايند احيا مورد بررسي قرار گرفت. مخلوط هاي پودري سه تايي آهن- گرافيت-هماتيت (با نسبت استوكيومتري C:O=1) به مدت زمان هاي صفر تا 50 ساعت مورد آسياب كاري قرار گرفت. به منظور بررسي سنتيكي فرايند احيا، آزمون آناليز حرارتي غير همدماي TG-DTA بر روي نمونه ها انجام شد. نتايج حاصل از الگوهاي پراش پرتو ايكس (XRD) نشان داد كه حضور آهن بر تغييرات فازي و ساختاري و نيز بر پارامتر فعال سازي (ε/d) نقش موثر دارد. بررسي هاي سينيتيكي با استفاده از روش هاي مستقل از مدل اوزاوا (FWO)، كسينجر (KAS) و نيز روش شيب ثابت نشان داد كه آهن بر واكنش بود وارد اثر كاتاليزوري داشته و دماي شروع و پايان واكنش و نيز انرژي اكتيواسيون احيا را كاهش داده است به طوري كه افزودن 5 درصد وزني آهن به مخلوط هماتيت-گرافيت منجر به كاهش دماي احيا در حدود 70 درجه سانتيگراد و نيز كاهش انرژي اكتيواسيون فرايند در حدود 80kJ/mol گرديده است. اعمال روش هاي سينتيكي مستقل از مدل و روش برازش مدل نشان داد كه فرايند احيا كنترل شيميايي است.

In this study, the effect of mechanical activation on structural changes, reducing behavior and reduction kinetics of the hematite-Graphite mixture in the presence of Iron was investigated. For this purpose, a mixture of hematite-graphite (with the stoichiometric ratio C/O = 1) in the presence of different amounts of iron was milled from 0 to 50 hours. In order to study structural changes in the process of grinding, XRD analysis was performed on the samples. Reducing and kinetic behavior of the samples was studied using TG-DTA analysis The results showed that with increasing milling time, temperature of reaction initiation reduced. Reduction patterns showed that the start temperature of the reduction in presence of 5% wt of iron was reduced 70 °C. Reduction kinetics studies was carried out using model-free method of (Ozawa (FWO) and Kissinger (KAS)) and the constant slope fitting method.The presence of iron was very effective so that in the presence of 5 wt% iron, the activation energy decreased about 80 kJ/mol. Calculation of activation energy of the activated and inactivated samples by model-free and constant slope methods and their comparison showed that the reaction was of chemical control type and the carbon gasification reaction was determined as the controlling step in presence and absence of Iron for the carbothermic reduction of hematite with graphite.