Some aspects of hydrogen reduction of iron ore

Abstract

Reduktion av hematit- och magnetitpulver studerades i ren vätgas i en fluidbädd, i temperaturintervallet 768–888 K. Hematitpellets studerades i en Termogravimetrisk Analysutrustning (TGA), i temperaturintervallet 873–1173 K med en atmosfär av vätgas och 0–15 % pH2O. Även termoelement borrades in i kärnan på pellets innan reduktion. Tillsammans med ett termoelement i kontakt med pelletens yta kunde temperaturgradienten i pelleten mätas under reduktionen. Ett alternativt sätt att starta reduktionen i både fluidbädden och TGA-utrustningen användes, där provet introducerades till en varm ugn och en stabil reaktiv atmosfär från ett icke-reagerande tillstånd vid låg temperatur. I den traditionella metoden värms provet upp till den experimentella temperaturen i inert gas, varefter gasen byts ut till en reaktiv gas för att starta reaktionen. Metodförändringen gjordes för att undvika osäkerheter som annars kan introduceras av utspädningssteget i den tidigare metoden. Analys med Svep Elektron Mikroskopi (SEM) genomfördes för att följa reduktionen. Båda typerna av malmpulver reducerade med en liknande hastighet. Reduktionen av både pulver och pellets var snabb i början, och hastigheten ökade med en ökande temperatur. Reduktionshastigheten under den sista delen av reduktionen var långsam, och där hade temperaturen inte stor inverkan. För pellets visade ett ökande pH2O värde på sjunkande reaktionshastighet, men effekten avtog med en ökande temperatur. Under reduktionen uppmättes en temperaturskillnad mellan pelletens yta och centrum vid samtliga temperaturer. Ingen skillnad i pelletens makroporositet kunde ses med en ändrad temperatur. Däremot skiljde sig mikrostrukturen i kornen åt. Vid 873 K bildade järnet en porös struktur, men vid en högre temperatur var det bildade järnet solitt. Med ökande pH2O värden vid 873 K sågs pordiametern i järnet öka men antalet porer minska. Porös järnoxid observerades under reduktionen vid samtliga temperaturer och pH2O värden, och ökande temperaturer eller pH2O värden sågs öka pordiametern och minska porantalet. Pelletsegenskaper utvärderades med avseende på sammansättning, genom att tre pelletsammansättningar testades genom ett Cold Crushing Strength (CCS) test, TGA- och smältexperiment. Sammansättningen visade inte på någon förändring med avseende på mekaniska egenskaper eller reduktionsegenskaper, men dess fosforreningsegenskaper varierade med sammansättningen. Resultaten visar på att reduktionen styrs av flera parallella mekanismer, både vid pulver- och pelletreduktion. Skillnaden mellan den uppmätta temperaturen i provet och den experimentella temperaturen visar en inverkan av både värmetransport och den endotermiska reaktionen. Effekten som pH2O ses ha, visar på inverkan från både diffusion och bakåtreaktionen. Resultaten visar också att den sista delen av reduktionen i huvudsak är styrd av diffusion. Det kunde också visas att pelletens sammansättning kan förändras för att förbättra pelletens användbarhet, utan att påverka dess mekaniska egenskaper eller reduktionsegenskaper.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-344634