第11期 朱德庆等：低品位赤铁矿球团成核剂强化还原机理研究 ·1329· 着还原温度的升高和还原时间的延长而不断增加 烧制度下，成核剂球团还原速率常数大于无成核剂 与无成核剂球团还原的等温还原曲线（图2）比较， 球团还原速率常数.因此，成核剂能够提高还原过 在相同的还原温度和还原时间下，成核剂球团的还 程的还原反应速率常数k,强化还原过程，有利于球 原度有大幅度的提高.当还原时间为120min,还原 团的直接还原 温度为900℃时，球团的还原度为91.03%，而无成 表3不同还原温度下成核剂球团的速率常数 核剂球团的还原度仅为82.30%：还原温度提高到 Table 3 Reduction rate constant of pellets with nucleating agent at dif- 1050℃时，球团还原度升高到95.29%，而无成核剂 ferent temperatures 球团的还原度为86.60%.因此，在直接还原过程 还原温度℃ k/10-3 Ink R2 中，成核剂能够有效提高球团的还原度，具有催化还 900 5.10 -5.28 0.9892 原的作用 950 5.21 -5.26 0.9933 100 1000 5.34 -5.23 0.9901 网 1050 5.63 -5.18 0.9916 80 芝60 根据表3中的反应速率常数和温度之间的关 -900℃ ·-950℃ 系，作关于k和1/T的线性回归曲线，如图7所 +1000℃ -1050℃ 示，线性拟合结果如表4所示.线性回归曲线方 20 程为 40 6080100 20 hk=-4.257-120.407 时间mim 根据式(18)，可求出反应表观活化能 图5成核剂球团等温还原曲线 E=1220.440×8.314 kJ.mol-1=10.15 kJ-mol-1 Fig.5 Isothermal reduction curves of the pellets with the nuclea- ting agent -5.18 将如图5所示的还原度I转换成还原分数f, -5.20 然后用f与时间t的关系，分别以1-(1-)对时 -522 间t、1+2(1-力-3(1-f力2对时间t以及1-2(1- 道-5.24 月2B+(1-)对t/1-(1-)]进行线性回归， -526 以1+2(1-力-3(1-力2对时间t线性关系最好， -5.28 结果如图6所示.这表明还原过程中成核剂球团的 反应控制环节处于内扩散控制.由图6中各直线的 -5.30 0.00074 0.00078 0.00082 0.00086 斜率可得出各温度下的速率常数k值，见表3 T-/K- 对比表3和表1中的数据可知，在相同还原焙 图7成核剂球团还原化学反应速率常数与温度的Arrhenius关 07 系曲线 ■900℃ 0.6 ·950℃ Fig.7 Arrhenius curve of chemical reaction rate constant against 41000℃ 0.5 temperature for the reduction of the pellets with the nucleating agent 1050℃ 0.4 表4拟合结果 0.3 Table 4 Linear fitting results 02 种类 -E/R(斜率)k(截距)线性相关性系数，R2 0.1 成核剂球团-1220.440 -4.257 0.9982 20 406080100120 时间min 在此还原反应中，若气体内扩散为控制环节，其 表观活化能为8.0~28.0kJ·mol-10围，因此成核剂 图6900~1050℃成核剂球团的1+2(1-)-3(1-)23与时 间的关系曲线 球团还原反应的控制环节仍为内扩散控制.这与前 Fig.6 Curve of 1+2(1-f)-3(1-f)23 vs.time when reducing 面以1+2(1-)-3(1-)2B对时间t作图呈线性 the pellets with the nucleating agent at 900 C to 1 050 C 关系得到反应为内扩散控制的结论也是一致的.与第 11 期 朱德庆等: 低品位赤铁矿球团成核剂强化还原机理研究 着还原温度的升高和还原时间的延长而不断增加． 与无成核剂球团还原的等温还原曲线( 图 2) 比较， 在相同的还原温度和还原时间下，成核剂球团的还 原度有大幅度的提高． 当还原时间为 120 min，还原 温度为 900 ℃时，球团的还原度为 91. 03% ，而无成 核剂球团的还原度仅为 82. 30% ; 还原温度提高到 1 050 ℃时，球团还原度升高到 95. 29% ，而无成核剂 球团的还原度为 86. 60% ． 因此，在直接还原过程 中，成核剂能够有效提高球团的还原度，具有催化还 原的作用． 图 5 成核剂球团等温还原曲线 Fig． 5 Isothermal reduction curves of the pellets with the nuclea￾ting agent 图 6 900 ～ 1 050 ℃成核剂球团的 1 + 2( 1 － f) － 3( 1 － f) 2 /3与时 间的关系曲线 Fig． 6 Curve of 1 + 2( 1 － f) － 3( 1 － f) 2 /3 vs. time when reducing the pellets with the nucleating agent at 900 ℃ to 1 050 ℃ 将如图 5 所示的还原度 RI 转换成还原分数 f， 然后用 f 与时间 t 的关系，分别以 1 － ( 1 － f) 1 /3 对时 间 t、1 +2( 1 － f) － 3( 1 － f) 2/3 对时间 t 以及 1 － 2( 1 － f) 2 /3 + ( 1 － f) 1 /3 对 t /［1 － ( 1 － f) 1 /3 ］进行线性回归， 以 1 + 2( 1 － f) － 3( 1 － f) 2 /3 对时间 t 线性关系最好， 结果如图 6 所示． 这表明还原过程中成核剂球团的 反应控制环节处于内扩散控制． 由图 6 中各直线的 斜率可得出各温度下的速率常数 k 值，见表 3． 对比表 3 和表 1 中的数据可知，在相同还原焙 烧制度下，成核剂球团还原速率常数大于无成核剂 球团还原速率常数． 因此，成核剂能够提高还原过 程的还原反应速率常数 k，强化还原过程，有利于球 团的直接还原． 表 3 不同还原温度下成核剂球团的速率常数 Table 3 Reduction rate constant of pellets with nucleating agent at dif￾ferent temperatures 还原温度/℃ k /10 － 3 lnk R2 900 5. 10 － 5. 28 0. 989 2 950 5. 21 － 5. 26 0. 993 3 1 000 5. 34 － 5. 23 0. 990 1 1 050 5. 63 － 5. 18 0. 991 6 根据表 3 中的反应速率常数和温度之间的关 系，作关于 lnk 和 1 /T 的线性回归曲线，如图 7 所 示，线性拟合结果如表 4 所示． 线性回归曲线方 程为 ln k = － 4. 257 － 1 220. 440 1 T ． 根据式( 18) ，可求出反应表观活化能 E = 1 220. 440 × 8. 314 kJ·mol － 1 = 10. 15 kJ·mol － 1 ． 图 7 成核剂球团还原化学反应速率常数与温度的 Arrhenius 关 系曲线 Fig． 7 Arrhenius curve of chemical reaction rate constant against temperature for the reduction of the pellets with the nucleating agent 表 4 拟合结果 Table 4 Linear fitting results 种类 － E/R( 斜率) lnk0 ( 截距) 线性相关性系数，R2 成核剂球团 － 1 220. 440 － 4. 257 0. 998 2 在此还原反应中，若气体内扩散为控制环节，其 表观活化能为 8. 0 ～ 28. 0 kJ·mol － 1［13］，因此成核剂 球团还原反应的控制环节仍为内扩散控制． 这与前 面以 1 + 2( 1 － f) － 3( 1 － f) 2 /3 对时间 t 作图呈线性 关系得到反应为内扩散控制的结论也是一致的． 与 ·1329·