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含铁粉尘碳酸化反应动力学研究

刘文会  
【摘要】:碳酸化冷固结球团工艺因反应速率较慢而鲜有报道。论文从动力学研究入手,揭示反应物结构参数和反应过程参数对碳酸化反应速率的影响规律,并且构建未反应收缩核模型,进而计算动力学参数。主要研究内容和结论如下: 将石灰以不同配比加入含铁粉尘中,加水进行消化,形成的Ca(OH)_2胶体附着在含铁粉尘颗粒表面,取定量在弹簧拉压试验机上按照不同压力压成块。CaO含量和压块压力越高,Ca(OH)_2的凝胶作用加强,压块的孔隙度越低。 通过热重实验发现:压块的孔隙度越高,Ca(OH)_2或CaO颗粒的表面积越大,CO_2与之反应的相界面越大,所以反应速率越快;提高反应温度,反应活化分子百分数含量升高,反应速率加快,同时当反应温度大于Mg(OH)2的分解温度时,分解后生成的MgO与CO_2的反应活性很低,所以在反应温度为400℃、600℃时的碳酸化反应中,MgO基本不反应,反而起了支架作用,提供了有效空间,提高了压块的孔隙度,使得碳酸化反应速率增大;提高CO_2分压,即增大了反应气体的浓度,气体内扩散作用加强,促使反应进行,使反应速率增大。 整个碳酸化反应分为两个阶段:反应初期速率较快的化学反应控制阶段;后期反应速率逐渐减小的内扩散控制阶段。由此可以构建未反应收缩核模型,以实验数据为基础,通过对未反应核模型进行解析可以计算动力学参数。计算结果表明:压块孔隙度、反应温度和CO_2分压越高,碳酸化反应的有效扩散系数和化学反应速率常数越大,化学反应阶段的活化能越小。 含铁粉尘碳酸化冷固结球团工艺既可以实现含铁粉尘再利用,通过动力学研究为提高含铁粉尘碳酸化反应速率提供理论指导。


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