不同气氛体系下赤铁矿氢基矿相转变还原动力学研究及其低碳意义

本研究系统比较了H2、NH3和CO气氛下赤铁矿还原动力学，揭示其相变机制与微观结构演化（XRD/SEM/BET分析），为氢基矿相转变技术（HMPT）提供关键理论支撑，对钢铁工业低碳转型具重要指导意义。

　　

Section snippets（研究亮点）

Experimental raw materials（实验原料）

本研究采用高纯度赤铁矿为原料，通过磁选与重选联合法制备。化学组分与X射线衍射（XRD）分析（图2a）表明样品主成分为Fe₂O₃（纯度97.99%），含微量K、P、S，脉石以石英为主。

Conversion rate and reaction rates analysis（转化率与反应速率分析）

图5展示了不同温度与还原气氛下Fe₂O₃转化率随时间的变化关系。同一温度下，三种气氛中转化率均随时间延长而上升。CO气氛中反应初期速率快，后期趋缓（图5a）；H₂气氛曲线呈“S”形；NH₃气氛则呈现先缓后快的特征。H₂气氛还原速率最高，CO次之，NH₃最低。升温显著促进反应，但过高温度可能导致烧结而抑制扩散。

Conclusion（结论）

本研究系统阐明了赤铁矿在CO、H₂和NH₃气氛中的还原动力学、相变与微观结构演化。在540–660°C范围内，三种气氛均能有效将Fe₂O₃还原为Fe₃O₄。动力学分析表明NH₃与H₂还原遵循三维扩散模型（3D Diffusion），表观活化能分别为100.69 kJ·mol^?1和35.82 kJ·mol^?1；CO还原符合Avrami-Erofeev模型，活化能为18.97 kJ·mol^?1。H₂还原产物具有最大比表面积与孔隙体积，结构最疏松，CO次之，NH₃最低。H₂与NH₃作为碳减排还原剂，具显著环境优势。