Вперше виконано комплекс досліджень різних видів адсорбції СО, СО₂, Н₂, Н₂О на поверхні Fe₂O₃ і Fe₃O₄; визначена швидкість поверхневих реакцій відновлення їх СО і Н₂. Встановлено характер електронних взаємодій адсорбованих газових молекул з оксидними фазами.

Вивчені інтенсифікуючі можливості малих добавок у шихту солей лужних металів при відновленні оксидів заліза газами. Вперше визначений вплив цих каталітичних добавок на різні види адсорбції газоподібних учасників процесу на поверхні Fe₂O₃ і Fe₃O₄ і на швидкість поверхневих реакцій відновлення. Розвинені уявлення про механізм каталітичної дії солей лужних металів у реакціях газового відновлення оксидів заліза. Запропоновані схеми впливу добавок на структурну дефектність і електронний стан оксидних фаз.

Вивчена кінетика газифікації різних форм вуглецю СО₂ і Н₂О у відсутності каталітичних добавок і в разі їх введення в шихту. Вперше виміряні різні види адсорбції СО₂ і Н₂О на поверхні зразків С_тв. Поглиблені уявлення про механізм інтенсифікуючої дії каталізаторів у процесі окислювальної газифікації вуглецю.

Досліджена кінетика відновлення оксидів заліза вуглецем самостійно і у комплексі з газами без участі каталітичних добавок і в присутності їх. Встановлена інтенсифікуюча дія випробуваних добавок, а також металевого заліза, що з'являється. Показані значні швидкісні переваги комплексного відновлення в потоці газів, багатих Н₂.

На основі виконаних досліджень розроблені рекомендації по вдосконаленню технології отримання залізного порошку методом комплексного відновлення. Запропоновані рекомендації пройшли успішні промислові випробування в умовах Казенного заводу порошкової металургії м. Бровари.

Ключові слова: оксиди заліза, інтенсифікація, адсорбція, механізм, гази, вуглець, відновлення, кінетика, каталітичні добавки.

Гришин А.М. Интенсификация и механизм твердофазного восстановления оксидов железа в условиях химико-каталитического воздействия. Рукопись. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 "Металлургия черных металлов".

Национальная металлургическая академия Украины. Днепропетровск. 2004 г.

Диссертационная работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию возможностей интенсификации твердофазного восстановления железа из рудных материалов газами и углеродом раздельно и в комплексе путем химико-каталитического воздействия на реагирующую систему. Разработке механизма адсорбционно-химических взаимодействий реакционноспособных газов с оксидной и углеродистой фазами и механизма влияния катализаторов на развитие этих взаимодействий.

Впервые с применением газовой хроматографии осуществлен комплекс исследований различных видов адсорбции (суммарной, обратимой и необратимой) СО, СО₂, Н₂, Н₂О на поверхности гематита и магнетита; определена скорость поверхностных реакций восстановления их монооксидом углерода и водородом при температурах 500…780 ^оС. Электрофизическими измерениями установлен характер электронных взаимодействий адсорбированных газовых молекул с оксидными фазами.

Изучены интенсифицирующие возможности малых добавок в шихту солей щелочных металлов при восстановлении оксидов железа газами. Впервые определено влияние этих катализаторов на различные виды адсорбции газообразных участников процесса на поверхности Fe₂O₃ и Fe₃O₄ и на скорость поверхностных реакций восстановления. Установлено, что испытанные катализаторы усиливают донорную адсорбцию СО и Н₂ и снижают акцепторную адсорбцию СО₂ и Н₂О.

На базе современных представлений физики твердого тела, теории адсорбции на оксидах-полупроводниках развиты представления о механизме каталитического действия солей щелочных металлов в реакциях газового восстановления оксидов железа. Предложены схемы влияния интенсифицирующих добавок на структурную дефектность и электронное состояние оксидных фаз.

Изучена кинетика газификации различных форм твердого углерода его диоксидом и водяными парами в отсутствие каталитических добавок и в случае ввода их в шихту. Впервые измерены различные виды адсорбции СО₂ и Н₂О на поверхности образцов С_тв. Углублены представления о механизме интенсифицирующего действия катализаторов в процессе окислительной газификации углерода.

Исследована кинетика восстановления оксидов железа углеродом самостоятельно и в комплексе с газами без участия каталитических добавок и в присутствии их. Установлено интенсифицирующее действие испытанных добавок, а также появляющегося металлического железа в процессах с использованием как низко - , так и высокореакционных форм С_тв. Показаны значительные скоростные преимущества комплексного восстановления в потоке газов, богатых Н₂.

На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по совершенствованию технологии получения железного порошка методом комплексного восстановления. Предложенные рекомендации прошли успешное промышленное испытание в условиях Казенного завода порошковой металлургии г. Бровары. Эти испытания показали значительное ускорение процесса восстановления, что позволило повысить производительность установки, оптимизировать тепловой и газовый режим ее работы.

Ключевые слова: оксиды железа, интенсификация, адсорбция, механизм., газы, углерод, восстановление, кинетика, каталитические добавки.

Grishin А.М. Intensification and mechanism of solid phase reduction of iron oxide in chemical - catalytic influence conditions. The manuscript. The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.16.02 " Metallurgy of black metals". National metallurgical academy of Ukraine. Dnepropetrovsk, 2004.

The dissertation work is devoted to experimental and theoretical research of opportunities intensification of solid phase reduction of iron from ore materials with gases and carbon separately and in a complex by chemical - catalytic influence on reacting system. To develop of the mechanism of adsorptive-chemical interactions of reactive gases with oxide and carbon phases and mechanism of catalysts influence on development of these interactions.

For the first time complex of researches of different kinds of adsorption of CO, СО₂, Н₂, Н₂О on a Fe₂O₃ and Fe₃O₄ surface is carried out; the speed of superficial reactions of their reduction with CO and Н₂ is determined. The character of electronic interactions of adsorptive gas molecules with oxide phases is established.

The intensificating opportunities of the small additives of alkaline metals salts in charge while reduction of iron oxide with gases are investigated. For the first time the influence of these catalytic additives on various kinds of adsorption of the gas participants of process on a Fe₂O₃ and Fe₃O₄ surface and on speed of superficial reactions of reduction is determined. The representations about the mechanism of catalytic influence of alkaline metals salts in reactions of gas reduction of iron oxide are advanced. The circuits of influence of the additives on structural unsoundness and electronic condition of oxide phases are offered.

The kinetic of gasification of the various forms of carbon СО₂ and Н₂О in absence of the catalytic additives and in case of their putting into charge are learned. For the first time various kinds of adsorption of СО₂ and Н₂О on a surface of samples C_sol are measured. The representations about the mechanism of intensification influence of catalysts are profound during oxidising gasification of carbon.

The kinetic of reduction of iron oxide with carbon independently and in a complex with gases without participation of the catalytic additives and with their presence is investigated. The intensification influence of this additives and also incipient metallic iron is investigated. The significant high-speed advantages of complex reduction in a gases' flow, that are rich in Н₂, are shown.

On the basis of the executed researches the recommendations for perfection of technology reception of an iron powder with a method of complex reduction are developed. The offered recommendations have passed successful industrial tests in conditions of the Brovary's state factory of powder metallurgy.

Key words: iron oxides, intensification, adsorption, mechanism, gases, carbon, reduction, kinetic, the catalytic additives.

Размещено на Allbest.ru