【摘 要】
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随着国民经济的发展,我国对钢铁的需求逐渐增加,而菱铁矿是我国重要的铁矿资源之一,主要成分为碳酸亚铁（Fe CO3）,因铁品位不高而难以直接用于高炉炼铁,必须经过煅烧分解脱除二氧化碳（CO2）生成铁氧化物才能使用。在惰性气氛下菱铁矿进行磁化焙烧,即可分解生成磁铁矿,并且能保持相对较稳定的状态。尽管目前对菱铁矿在惰性气氛中的分解特性研究众多,在惰性气氛中菱铁矿煅烧分解分为两步反应,第一步反应为Fe C
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随着国民经济的发展,我国对钢铁的需求逐渐增加,而菱铁矿是我国重要的铁矿资源之一,主要成分为碳酸亚铁（Fe CO3）,因铁品位不高而难以直接用于高炉炼铁,必须经过煅烧分解脱除二氧化碳（CO2）生成铁氧化物才能使用。在惰性气氛下菱铁矿进行磁化焙烧,即可分解生成磁铁矿,并且能保持相对较稳定的状态。尽管目前对菱铁矿在惰性气氛中的分解特性研究众多,在惰性气氛中菱铁矿煅烧分解分为两步反应,第一步反应为Fe CO3→Fe O+CO2,第二步反应为3Fe O+CO2→Fe3O4+CO,但目前采用的热重等测试装置只能得出其总反应速率,不能得出分步反应的反应速率,因此研究菱铁矿的反应机理及动力学参数仍然具有重要意义。本研究针对这一问题,首先采用微型流化床反应分析仪（MFBRA）研究了菱铁矿在惰性气氛（Ar）和（N2）中的分解反应特性及动力学,得到了分步反应的动力学,并与热重（TGA）结果进行对比。之后针对实际反应过程的气氛中存在的CO2及空气,利用热重研究了不同气氛对菱铁矿分解反应的影响规律。研究结果如下:（1）在TGA中,菱铁矿在N2气氛中的分解仅能发现一个吸热峰,获得的总反应活化能为112.1 k J/mol,指前因子为2.8×109s-1,遵循的机理模型为随机成核随后生长模型F1:G（x）=-ln（1-x）;其固体产物主要为Fe3O4,还有少量的Fe O。（2）与TGA测得的结果相比,利用MFBRA发现菱铁矿在惰性气氛中优先分解生成CO2后生成CO,证明了菱铁矿的分解为两步反应。随着温度增加,菱铁矿完全分解的时间变得越来越少,在700°C以上仅需数秒即可完全分解,且生成的CO2和CO的时间间隔随之变大,由0.02 s（450°C）增加至1.3 s（700°C）。根据CO2和CO的气体产物生成的时间序列曲线获得第一步生成CO2的表观活化能为77.2 k J/mol,第二步生成CO的表观活化能为99.5k J/mol,反应总平均活化能为96.8 k J/mol;指前因子分别为3.7×108s-1,3.4×108s-1,2.0×1010s-1;第一步生成CO2的反应与总反应遵循的机理模型相同,均为随机成核随后生长模型F1:G（x）=-ln（1-x）;第二步生成CO的反应遵循的机理模型为相边界模型R2:G（x）=1-（1-x）1/2。（3）反应气氛中的空气与CO2对菱铁矿的分解具有重要的影响,与N2中的结果相比,CO2的存在严重抑制了菱铁矿的分解,使其分解温度增加了约50°C,活化能增加至约400k J/mol;与N2和CO2气氛中发生的反应不同,在空气中,菱铁矿在未开始分解前由吸热反应变成高温下的放热反应,但初始分解温度基本相同,活化能与氮气中的结果相比降低至92.2k J/mol,指前因子为6.5×108s-1,主要焙烧产物变为γ-Fe2O3。遵循的机理模型均为随机成核随后生长模型F1:G（x）=-ln（1-x）。
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