Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Bộ ba động học từ phản ứng cacbon hoá ở nhiệt độ thấp và phản ứng lắng đọng cacbon
Tóm tắt
Phản ứng lắng đọng cacbon không có lợi cho hoạt động trơn tru của lò cao, trong khi sản phẩm của phản ứng cacbon hoá lại là nguyên liệu giàu sắt ưu việt trong các quy trình không sử dụng lò cao. Bộ ba động học của hai phản ứng này đã được xác định dựa trên phân tích động học không đẳng nhiệt. Theo phương pháp Sharp–Wentworth, năng lượng kích hoạt của phản ứng cacbon hoá là 397,77 kJ/mol, và năng lượng kích hoạt của các phản ứng lắng đọng cacbon trên hematit và magnetit lần lượt là 188,92 và 100,89 kJ/mol. Phản ứng cacbon hoá được kiểm soát bởi cơ chế Jander, còn các lắng đọng cacbon trên hematit và magnetit đều được kiểm soát bởi cơ chế Zhuravlev–Lesokhin–Tempelman. Dựa trên phương pháp Coats–Redfern, năng lượng kích hoạt của ba phản ứng trên lần lượt là 360,65, 149,29 và 102,36 kJ/mol. Phản ứng cacbon hoá là phản ứng bậc nhất, trong khi các lắng đọng cacbon trên hematit và magnetit đều là phản ứng bậc ba. Đặc biệt, năng lượng kích hoạt âm được xác định nếu xem xét trường hợp chống Arrhenius trong phương pháp Sharp-Wentworth. Dựa trên các kết quả trên, việc áp dụng phương pháp động học không đẳng nhiệt để nghiên cứu bộ ba động học của một phản ứng là khả thi. Theo các năng lượng kích hoạt và chức năng cơ chế phản ứng đã thu được, dữ liệu động học mô phỏng phù hợp tốt với các giá trị thực nghiệm ngay cả khi sử dụng năng lượng kích hoạt âm.
Từ khóa
#cacbon hoá #lắng đọng cacbon #lò cao #năng lượng kích hoạt #cơ chế phản ứngTài liệu tham khảo
R.J. Fruehan, Metall. Trans. 4 (1973) 2123–2127.
E.T. Turkdogan, J.V. Vinters, Metall. Trans. 5 (1974) 11–19.
R. Garraway, Iron Steelmaker 23 (1996) 27–30.
O. Ostrovski, G. Zhang, AIChE J. 52 (2006) 300–310.
H.H. Wang, G.Q. Li, J.H. Ma, D. Zhao, RSC Adv. 7 (2017) 44456–44462.
H.H. Wang, G.Q. Li, J. Yang, J.H. Ma, B.S. Khan, Metall. Mater. Trans. B 47 (2016) 2571–2581.
H.H. Wang, G.Q. Li, J.H. Ma, D. Zhao, RSC Adv. 7 (2017) 3921–3927.
J. Zhang, O. Ostrovski, Ironmak. Steelmak. 29 (2002) 15–21.
W. Zhang, J. Zhang, Z. Xue, Z. Zou, Y. Qi, ISIJ Int. 56 (2016) 1358–1367.
W. Zhang, Z.L. Xue, J.H. Zhang, W. Wang, C.G. Cheng, Z.S. Zou, J. Iron Steel Res. Int. 24 (2017) 778–786.
W. Zhang, J. Zhang, Z. Xue, Energy 121 (2017) 135–146.
W. Zhang, J. Dai, C. Li, X. Yu, Z. Xue, H. Saxén, Steel Res. Int. 92 (2021) 2000326.
S. Geng, W. Ding, S. Guo, X. Zou, Y. Zhang, X. Lu, Ironmak. Steelmak. 42 (2015) 714–720.
J.W. Snoeck, G.F. Froment, M. Fowles, J. Catal. 169 (1997) 250–262.
A.N. Conejo, G.P. Martins, ISIJ Int. 37 (1997) 967–976.
C. Li, Y. Shi, N. Cai, J. Power Sources 225 (2013) 1–8.
J. Zhang, A. Schneider, G. Inden, Corros. Sci. 45 (2003) 1329–1341.
J. Zhang, D.J. Young, Oxid. Met. 70 (2008) 189–211.
R.G. Olsson, E.T. Turkdogan, Metall. Trans. 5 (1974) 21–26.
A.W. Coats, J.P. Redfern, Nature 201 (1964) 68–69.
E.S. Freeman, B. Carroll, J. Phys. Chem. 62 (1958) 394–397.
J.H. Sharp, S.A. Wentworth, Anal. Chem. 41 (1969) 2060–2062.
O.J. Wimmers, P. Arnoldy, J.A. Moulijn, J. Phys. Chem. 90 (1986) 1331–1337.
T. Ozawa, J. Therm. Anal. 2 (1970) 301–324.
W. Zhang, J.H. Zhang, Z.S. Zou, Q. Li, Y.H. Qi, Ironmak. Steelmak. 41 (2014) 715–720.
W. Zhang, J. Zhang, Q. Li, Y. He, B. Tang, M. Li, Z. Zhang, Z. Zou, in: F. Marquis (Eds.), Proceedings of the 8th Pacific Rim International Congress on Advanced Materials and Processing, PRICM 8 Springer, 2013, pp. 777–789.
C.K. Ande, M.H.F. Sluiter, Metall. Mater. Trans. A 43 (2012) 4436–4444.
J. Zhang, W. Zhang, L. Zhang, S. Gu, Int. J. Miner. Process. 138 (2015) 20–29.
J. Zhang, W. Zhang, Z. Xue, Miner. Process. Extr. Metall. Rev. 38 (2017) 265–273.
S. Vyazovkin, A.K. Burnham, J.M. Criado, L.A. Pérez-Maqueda, C. Popescu, N. Sbirrazzuoli, Thermochim. Acta 520 (2011) 1–19.
S.H. Farahani, C. Falamaki, S.M. Alavi, Int. J. Chem. Kinet. 52 (2020) 368–377.
L. Banu, R.A. Potyrailo, M.A. Carpenter, J. Phys. Chem. C 123 (2019) 17925–17932.
N.D. Coutinho, V.H.C. Silva, H.C.B. de Oliveira, A.J. Camargo, K.C. Mundim, V. Aquilanti, J. Phys. Chem. Lett. 6 (2015) 1553–1558.
J.J. Lamb, M. Mozurkewich, S.W. Benson, J. Phys. Chem. 88 (1984) 6441–6448.
S. Vyazovkin, C.A. Wight, Annu. Rev. Phys. Chem. 48 (1997) 125–149.
S. Vyazovkin, J. Comput. Chem. 22 (2001) 178–183.
S. Vyazovkin, J. Therm. Anal. Calorim. 83 (2006) 45–51.
F. Wang, D.S. Qian, P. Xiao, S. Deng, Materials 11 (2018) 2403.
B. Ozturk, V.L. Fearing, J.A. Ruth, G. Simkovich, Metall. Trans. A 13 (1982) 1871–1873.
M. Nikolussi, A. Leineweber, E.J. Mittemeijer, J. Mater. Sci. 44 (2009) 770–777.
P. Deb, M.C. Chaturvedi, Metallography 15 (1982) 341–354.
B. Ozturk, V.L. Fearing, J.A. Ruth, G. Simkovich, Solid State Ionics 12 (1984) 145–151.
N. Sakai, T. Chida, T. Tadaki, J. Shimoiizaka, J. Chem. Eng. Jpn. 18 (1985) 199–204.
D.I. Slovetskii, E.M. Chistov, Kinet. Catal. 51 (2010) 255–265.
T. Nongnual, J. Limtrakul, J. Phys. Chem. C 115 (2011) 4649–4655.
E. Shincho, C. Egawa, S. Naito, K. Tamaru, Surf. Sci. 155 (1985) 153–164.
Y. Qin, S. Yan, Z. Liang, Q. Liao, X. Wang, CIESC J. 41 (1990) 436–443.
S. Vyazovkin, C.A. Wight, Thermochim. Acta 340–341 (1999) 53–68.
S. Vyazovkin, Phys. Chem. Chem. Phys. 18 (2016) 18643–18656.