Kinetics of pellet reduced by H2 and the mixture of CO and H2

Cinética del pellet reducido por H2 y la mezcla de CO y H2

Se redujeron isotérmicamente pellets de hematites ácida canadiense con bajo contenido en magnetita y olivino mediante hidrógeno y monóxido de carbono entre 600 y 1 000 °C. La reducción del pellet se investigó mediante un análisis termo gravimétrico que medía la pérdida de peso de oxígeno en función del tiempo. También se utilizaron exámenes macroscópicos y microscópicos y análisis de rayos X y de carbono para dilucidar los mecanismos de reducción de los gránulos. La energía de activación es de unos 27 kJ/mol para atmósferas de H₂ y de unos 15 kJ/mol para la mezcla de H₂ y CO. El carbono producido a partir de la reacción de desproporción del CO actúa como catalizador en la reducción final del pellet.

INTRODUCCIÓN

En las últimas décadas, la reducción directa (RD) se ha convertido en un nuevo proceso importante para la fabricación de hierro. Alrededor del 80% del hierro de reducción directa (DRI) del mundo se produce mediante los procesos de horno de cuba Midrex e HYL, que utilizan gas de síntesis como agente reductor. Sin embargo, uno de los problemas más graves que plantea el horno de cuba gaseoso es la cinética del gas de síntesis en la reducción de los óxidos de hierro en una atmósfera de CO-H₂-CO₂-H₂O. Este cambio involuntario de la cinética determina siempre el consumo de energía del procedimiento de fabricación del hierro.

En el pasado se ha estudiado la reducción del óxido de hierro y de diversos minerales que lo contienen. En estos estudios se han sugerido diversos mecanismos de control. Hancock et al.[1]sugirieron un mecanismo de nucleación aleatoria para la reducción de caolinita y brucita, mientras que el mecanismo de límite de fase se evocó a partir de la investigación de Sastri et al.[2]. El-Geassy´s[3]y Moonet al.[4]trabajaron en la reducción de hematites a temperaturas comprendidas entre 1 173 y 1 473 K y concluyeron que la reducción de hematites a wustita está controlada por un mecanismo de reacción mixto en las primeras etapas, seguido de una reacción química interfacial, mientras que la reducción de wustita a hierro está controlada por una reacción química mixta. Lo anterior ilustra que en ninguno de los dos estudios se encontró el mismo mecanismo para la reducción del mineral de hierro debido a las diferencias de las condiciones experimentales y las propiedades físicas y químicas del material de mineral de hierro entre las investigaciones. Moon y Rhee [4] concluyeron que la velocidad de reacción reductora de la hematites por H₂ era de 2 a 3 veces superior a la de la atmósfera de CO. Además, la energía de activación aparente de la reducción del óxido de hierro es de 14,6 kJ/mol en una mezcla de CO y es de 19,8 kJ/ mol en atmósfera pura de CO.