【《褐铁矿型红土镍矿选择焙烧结果分析案例》2600字】

目录 1 1 2 5 7还原反应过程中限制性环节的改变是由于还原气流流速不同导致的。保证足够大的气固比可以有效地防止气固外部传质的影响，使反应气体可以在高线速下操作。首先进行预实验，消除因外部传质影响的临界还原气流速度，然后再开始实验。采用控制还原气体比例为VCO:VCO2=1:1、褐铁矿型红土镍矿球团物料直径14mm、温度1030℃不变的实验条件下，分别在气体流速为1.5L/min、2.0L/min、2.5L/min、1.0L/min下进行还原焙烧实验研究分析。记录还原反应过程中物料球团失重量与时间t的关系并计算出成固相反应率与时间t曲线图。图3-1不同临界气流速度由图中数据分析可知，还原气流流速与固相反应转化率成正比例关系。还原气流流速达到2L/min时，还原速率将不再有发生变化，其主要原因是外部的气相传质影响已经消失，这个临界值即可选为气体流速值。在1030℃高温度条件下，还原反应过程中化学反应速率较快。还原气流流速达到临界值2L/min时，还原反应过程的控制环节不再是外部气相传质，这就说明了外部传质速率比化学反应速率要快。化学反应速率受温度影响比外部气相传质影响要更强烈。由此推敲可知在较低温度范围内，2L/min这个临界气体流速值可以消除外部扩散对还原反应过程中的影响。从图3-2实验数据分析可知，温度大小直接影响还原反应进程，是还原反应过程中不可忽视的重要参数。由实验数据分析可知，在温度570℃以下，铁矿石的还原过程则是Fe2O3→Fe3O4→Fe，在温度570℃以上，铁矿石的还原路径为Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe。本实验进行还原焙烧过程主要是为了破坏红土矿镍铁晶格，得到改性后易于后续处理的还原焙砂，因此，本实验选取570℃以上的不同温度进行还原焙烧实验。采用控制气流速度为2.0L/min、还原气体比例为VCO:VCO2=1:1、褐铁矿型红土镍矿球团物料直径14mm不变的实验条件下，分别在温度为750oC、850oC、950oC、1050oC和1150oC下进行还原焙烧实验研究分析，并在还原反应过程中记录褐铁矿行红土镍矿球团物料的失重，计算得到物料球团的失重比率与时间t的关系数据曲线示于图3-2，并计算褐铁矿行红土镍矿球团的失重份数与焙烧时间t的关系曲线如图3-3所示。图3-2不同温度原球失重率图3-3不同温度球团反应份数由图3-2和图3-3中可以看出，不同焙烧温度条件下，球团物料的失重比率与反应分数基本相同，二者随焙烧时间的延长呈现一个正比例关系。用所得数据进行计算，获得不同温度条件下1-（1-f）1/3与时间关系曲线，结果如图3-4所示。图3-4不同温度下化学反应控制曲线由图3-4可知，在不同的温度下，还原[1−(1−f)1/3]与时间t呈较好的直线关系。说明，在不同温度下还原球团的还原焙烧过程，化学反应为控制步骤。表观化学反应速率常数的确定对于反应3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2有：（1.1）(1.2)两式联立得：(1.3)代入（2.1）得（1.3）k—直线的斜率式中(1.4)反应速率常数k可以用图3-4的直线斜率算出，结果如表6。表6不同温度（T）下的表观反应速率常数温度/℃反应速率常数/s-17771.277×10-48471.877×10-49374.493×10-410345.188×10-411306.235×10-4K为表观化学反应速率常数是温度的函数，遵守Arrhenius定律:(1.5)其中A是频率因子，是宏观意义的概念，实际上也包括颗粒尺寸、颗粒形状因子，化学计量系数、固体密度、固体有效扩散系数和气相反应物及生成物的速度等；ΔE是表观活化能(kJ/mol)，反映的是反应速度与温度的依赖关系；R是气体常数。图3-5活化能动力学回归曲线由图3-5的直线可知，斜率可求ΔE值，截距可求A值：ΔE=-22.462A=-5.45365所以得出，k=-5.45365exp(-22.462/8.314T)由图2-3可知，铁元素、镍元素的氧化物经还原气氛还原后生成的产物与还原过程中CO气体分压有直接关系。为了研究确定出本实验CO-CO2气体较好的还原气氛比例，考察了不同的还原气氛对还原焙烧过程及还原反应程度的影响，得到易于浸出的还原焙砂，本实验控制还原气氛CO气体的含量不同进行还原焙烧实验。控制气体流速2.0L/min、还原温度1050℃、球团直径14mm不变的实验条件下，分别在还原气氛中CO气体占比为30%、40%、50%、60%和70%的条件下进行还原焙烧实验研究分析，过程中记录还原反应中反应球团失重比率与时间t的关系数据曲线，结果如图3-6，并计算球团的反应份数与时间t的数据关系曲线图，如图3-7所示。图3-6不同气氛下还原球失重率图3-7不同气氛反应份数由图3-6中实验数据分析可以明显的发现，不同的还原气氛下球团物料的还原失重率不同。温度为1050℃下的，还原气氛中CO不同含量还原过程的[1−(1−f)1/3]与时间t作图，实验数据分析如图3-8所示。图3-8不同气氛下化学反应控制曲线从图3-8中数据分析可以看出，在还原气氛不同的条件下，化学反应控制曲线的斜率却大致相同，即不同CO占比的还原气氛下还原焙烧反应速率常数基本相同，证明还原反应过程的速率常数与还原气氛不同无关。本论文实验过程基于气-固反应的模型之上进行，所以在相同实验条件下，实验过程中的化学反应速率和还原程度均可能受褐铁矿型红土镍矿球团物料直径大小。为研究褐铁矿型红土镍矿球团粒径大小对还原过程的影响问题，控制气流速度2.0L/min、还原气体气氛比例VCO:VCO2=1:1、还原温度1050℃不变的实验条件下，分别在直径为10.5mm，14.5mm，15.5mm，16.5mm的褐铁矿行红土镍矿球团物料条件下进行还原焙烧实验分析，记录还原物料的失重率与时间的关系数据曲线，并绘制出还原[1−(1−f)1/3]与时间t的数据曲线，结果分别如图3-9和3-10所示。图3-9不同粒径的还原率图3-10不同粒径化学反应控制曲线根据图3-9和图3-10实验数据分析可以发现，不同粒径大小的褐铁矿型红土镍矿球团物料还原率基本相同，[1−(1−f)1/3]与时间t呈较好的直线关系，这也说明了还原过程中化学反应是主要控制步骤。由图3-10的直线斜率可计算得到反应速率常数k的大小，结果如表7所示。表7径的表观反应速率常数粒径/mm反应速率常数/s-110.57.43×10-414.55.26×10-415.54.02×10-416.52.65×10-4以表7数据作图，结果如图3-11所示。图3-11反应速率常数与粒径的关系由图3-11数据可知，反应速率常数与褐铁矿型红土镍矿球团的粒径大小成反比，说明褐铁矿型红土镍矿球团物料直径越大，还原过程进行越缓慢。综上实验结果，控制温度在1150oC、气流速度2.0L/min、还原气氛中CO气体占比60%、物料直径14.5mm球团进