·196· 北京科技大学学报 2002年第2期 100 界面.这样多方面的原因，最终使化学反应速率 80 加快. 60 3结论 40 (1)铁氧化物中加入含Li的催化剂和添加 a-0.30%Li的催化剂C -0.69%Li的催化剂C 剂均能提高CO对铁氧化物的还原速度.添加 20 -6-0.30%Li的LiC1 0.3%Li时，催化效果最显著，而催化剂比添加 02 剂的催化效果更好 0 10 203040 5060 (2)在含Li催化剂的制备条件上，1073K, t/min 图5催化剂(C)与添加剂(LiC)对F©，O,还原催化作用 C0:C0(体积分数)为0.93：0.07的效果最好，表 的比较 明催化剂中的金属铁和低价铁氧化物，也起一 Fig.5 Comparison of the effect of catalyst(C)and addi- 定的自催化作用. tive(LiCD on the reduction of Fe,O, 参考文献 显然，在相同条件下，催化剂的效果好于添加剂 1李慧主编.钢铁冶金概论M)北京：冶金T业出版社， 的效果.就其原因，是由于催化剂内产生的多孔 1995.124 金属铁使CO很容易的吸附在具有催化活性的 2 Rao YK.Catalysis in Extractive Metallurgy[J].Jof Metal, 相界面上，加速了CO与氧化铁的反应，提高了 1983(6):46 3 Lin C I.The Effect of Alkali Salt Catalyst on the Carbo- 反应速率.另外，催化剂里的L是赋存在新相 thermic Reduction of Nickel Oxide[J].Metall Trans B, FeO,FeO中，相对添加剂来说Li不易逸出，催 1988.19B:685 化效果增强. 4郭兴敏，唐洪福，张圣弼，等.LiC0,在含碳球团还原 2.4催化机理 中催化机理的研究[).金属学报，2000(6)：638 在FeO,的还原过程中，铁的各级氧化物的 5 Jagtap S B,Kale BB,Gokam A N.Reduction of Nickel 晶格将进行重排.催化剂内存在形成新相的晶 Oxide:Effect of Catalysis on Kinetics[J].Metall Trans B, 1992.23B:93 核和相界面，会引起晶格点阵的畸变.从晶体动 6 Xingmin Guo,Shengbi Zhang,Nianxin Fu,Xiaofen Zhao. 力学的观点看，相界面上形成的高畸变能的点， Effects of Catalyst and Additive Containing Li,Na,or Ca 导致新相质点在该处形核、长大，使体系的能量 on Reduction of Iron Oxide/Carbon Composite Pellets[J]. 降低，这相当于旧相向新相转化过程激活能势 J Uniy Sci and Tech Beijing,2001,8(3):185 垒减小，转化速度加快，数量增多.同时，畸变导 7唐惠庆.含锰贫铁矿综合利用及转底炉内燃烧过程 致新相表面出现结构缺陷，形成大量的细微裂 数值模拟的研究D[博士学位论文]，北京：北京科技 大学，1999 纹，使C0容易通过产物层扩散到反应物/产物 Effect of Catalysts and Additive Containing Li on the Reduction of Hematite by Carbon Monoxide ZHANG Y,GUO Xingmin,TANG Hongfu, ZHANG Shengbi 1)Department of Physical Chemistry,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Sina Net Corporation,Beijing 100089,China ABSTRACT The effect of catalysts and additive containing Li on reduction of Fe2O,by carbon monoxide has been studied by experimental methods.It is found that both of the catalysts and the additive have catalytic effect,moreover,the catalyst containing Li is more affective.X-ray diffraction showed that the main phases in catalyst containing Li are a-Fe and FeO,therefore,it is considered that a-Fe and FeO can also promote the re- duction of Fe2O,by carbon monoxide KEY WORDS hematite;catalyst;LiCl;reduction;a-Fe. 1% . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 00 2 年 第 z 期 ` 沪沪 。 - ~倪 界面 . 这样 多方 面的原 因 , 最终使化学反应速率 加快 . 0 0 口O 目二. ù 00 ù 次由 64 -a 一 0 . 3 0% L i 的催 化剂 C 一 0 . 6 9% L i 的催化剂 C ~ 0 3 0% L i 的 L IC I O 健` 一 - - 一 - 一一 J - 盛 - - - - - 口 0 10 20 3 0 4 0 5 0 6 0 t / m i n 图 5 催化 剂 (C )与 添加 剂 (L 10 )对 F ez 0 3还原 催化 作用 的 比较 Fig · S C o m P a r is o n o f th e e fe e t o f e a t a ly s t (C ) a n d a d d i￾ivt e (L IC )I o n t h e er d u c it o n o f F e 2 0 3 显然 , 在相同条件下 , 催化剂 的效果好于添加剂 的效果 . 就其原 因 , 是 由于催化剂 内产生的多孔 金 属铁 使 C O 很容易 的吸附在具 有催化 活性 的 相 界面上 , 加速 了 C O 与氧化铁 的反应 , 提高 了 反 应速率 . 另外 , 催 化剂里 的 iL + 是赋存 在新相 F e o , F e Z O 。 中 , 相对添加 剂来说 iL 十 不易逸 出 , 催 化 效果增强 . .2 4 催化机理 在 eF 2 0 , 的 还原过程 中 , 铁 的各 级氧化物 的 晶格将进行 重排 . 催 化剂 内存在形 成新相 的晶 核和相界面 , 会 引起 晶格点阵 的畸变 . 从 晶体 动 力学的观点看 , 相界 面上 形成 的高畸变能的点 , 导致新相质点在该 处形 核 、 长大 , 使体系的能量 降低 , 这相 当于 旧 相 向新相转 化过程激活 能势 垒减小 , 转化速度加快 , 数量增多 . 同时 , 畸变导 致新相 表面 出现结 构缺陷 , 形 成大量 的细 微裂 纹 , 使 C O 容易通过 产物层扩散 到反应物 /产物 3 结论 ( l) 铁 氧化物 中加人含 iL 的催 化剂和 添加 剂均 能提高 C O 对铁 氧化物 的还原速度 . 添加 .0 3 % iL 时 , 催 化效果最显著 , 而催 化剂 比添加 剂 的催 化效果更好 . (2 ) 在 含 iL 催 化剂 的制备 条件上 , I O73 K, C:o C O Z (体积分数 )为 .0 93 : .0 07 的效果最好 , 表 明催 化剂 中的金 属铁和低价铁 氧化物 , 也起一 定的 自催化作用 . 参 考 文 献 1 李慧主编 . 钢铁冶金概 论〔M】 . 北京 : 冶金 工业 出版社 , 19 9 5 . 12 4 2 aR o Y K . C at l y s i s i n E x t r a ct i v e M et a l 1 u r g y 【J ] . J o f M e at l , 1 983 ( 6 ) : 4 6 3 L i n C I . T h e E fe e t o f A lak li S a l t C at ly s t o n ht e C a r b o - ht e mr i e eR d u e t i o n o f N i e k e l o x id e【J] . M aet ll rT an s B , 19 8 8 , 1 9B : 6 8 5 4 郭兴敏 , 唐洪 福 , 张圣 弼 , 等 . iL Z C O , 在 含碳球 团还 原 中催化机理 的研究 IJ] . 金 属学 报 , 2 0 0 0(:6) 6 38 5 J a g t a P S B , K a l e B B , G o k a川 A N . eR d u e t i o n o f N i e k e l o x i d e : E fe d o f C at ly s i s o n K i n e t i e s [ J ] . M e at ll rT an s B , 1 9 9 2 , 2 3B : 9 3 6 X i n g m i n G u o , Sh e n hg i Z han g , N i anx i n F u , X i a o fe n Z h ao . E fe e t s o f C a t a 1y s t an d A d di ti v e C o in a i n ign L i , N a , o r C a o n R e du e ti o n o f l r o n O x id e/ C a r b o n C o m P o s i t e P e ll e t s [ J ] . J U n i v S e i an d eT e h B e ij i n g , 2 0 0 1 , 8 ( 3 ) : 1 8 5 7 唐惠庆 . 含锰 贫铁矿综合利用 及转 底炉 内燃烧过程 数 值模拟的研究 [D] :[ 博 士学位论文 1 . 北京 :北 京科技 大 学 , 1 9 9 9 E fe e t o f C at a ly s t s an d A d d iti v e C o in a i n i n g L i o n ht e R e du e t i o n o f H e m at it e b y C a r b o n M o n o x id e z 子I刁刀G 份气 G 乙zO Xi n g 陇’in 气 AT N G oH n妙 2 ), Z凡 4 N G hs e n g b i l) l ) D e P a rt m e nt o f Phy s i e ia Ch e m i s ytr, U S T B e ij in g , B e ij i n g l 0 00 8 3 , C h ian Z ) B e ij ign s i n a N e t C o rp o art ion , B e ij ign l 0 0 0 8 9 , C h in a A B S T R A C T T h e e fe e t o f e at a ly s t s an d a d idt i v e e o nt a in ign L i o n r e d u e t i o n o f F e 2 0 , by c a r b o n m on o x ide h a s b e e n s ut d i e d by e xP e ir m e n t a l m e ht o d s . It 1 5 fo un d ht at b o ht o f t h e e at a ly st s an d ht e a d id t i v e h va e e at lyt i c e fe c t , m o er o v e r, ht e e a t a ly st e o n t a i n ign Li 1 5 m or e a fe e t i v e . X 一 r ay id 价ac ti o n s h ow e d ht at ht e m a i n hP a s e s in e a t a ly s t e o n ta i n i n g Li aer a 一 Fe an d Fe o , ht e r e fo r e , it 1 5 c o n s id e r e d ht at a 一 F e an d F e o e an a l s o P r om o t e ht e r e - du e t i o n o f F e Z O 3 勿 e a r b o n m o n o x ide K E Y WO R D S h e m at it e ; c at a ly s t ; L IC I; er du e t i o n ; a 一 Fe