.554. 工程科学学报，第40卷，第5期 0.20 (a) 0.10b) 0.18 0.16 0 0 0.08 0.14 ◇ 006A 0.08 0.06 口1073K 口1073K 0.04 ○1173 0.02 。1173 0.02 △1273K △1273K 71373K 71373K 1020 3040 50 60 70 10 20 30405060 70 时间/min 时间/min 图6不同温度下球团氧化率函数随时间的关系.(a)1-(1-)3:(b)1+2(1-)-3(1-n)23 Fig.6 Relation of the oxidation rate function with time at different temperatures:(a)1-(1-);(b)1+2(1-n)-3(1-n)23 表4方程[5]和[6]中的参数 0.7 ■-1073K Table 4 Parameters for equations [5]and [6] 0.6 ◆-1173K 化学反应控制 扩散控制 +-1273K 温度/K T-1373K 0.5 k/(10-3min）41/10-3k2/(10-4minl)2/10-2 1073 3.86 0.81 4.60 2.96 0g 1173 6.59 -1.89 6.94 2.67 三03 1273 5.27 2.20 8.55 2.97 0.2 1373 4.69 4.57 11.30 3.00 0.1 反应为一级不可逆反应，则氧化率？与反应速度常 数k之间的关系表达式为： 051015202530354045505560 -n(1-n)=k,t (7) 时间/min 其中，t为球团矿氧化反应的时间.-ln(1-n)与t 图7-ln(1-n)与氧化时间t的关系图 Fig.7 Relation between -In(1-n)and t 的关系如图7所示. 从图7中的线性关系和斜率变化来看，氧化反 氧化反应前期的k由公式(4)计算得到.这里 应温度和后期氧化时间对氧化反应速度有较大的影 对前半段时间的焙烧数据进行处理，其结果如图8 响.温度对HCVTM球团的氧化反应的影响随温度 所示.图8中，nk,与1/T分别在8.5×10-4-9.3× 的升高而增强，而这种影响随氧化时间的增长而降 10-4K-1范围和7.3×104~8.5×10-4K-1范围内 低，因此对数据的处理分为两个过程，氧化反应前期 的具有线性关系.由公式(9)可计算出HCVTM球 利用方程(4)来计算反应速度常数，而氧化反应后 团矿氧化焙烧反应的表观活化能，其可以作为球团 期利用下面推导的阿伦尼乌斯公式来进行计算 氧化反应控制环节的判据之一，一般当活化能为 因此利用阿伦尼乌斯公式和公式(2)来研究 4~l3 kJ.mol1时，球团氧化反应为扩散反应控制： HCVTM球团矿的氧化速度常数和焙烧温度之间的 当活化能大于40 kJ.mol-1时，球团氧化反应为化学 关系.其中阿伦尼乌斯公式如下： 反应控制：而当活化能在20~25kJ·mol-1时，球团 k,=ko-exp [-Eo/(RT)] (8) 氧化反应为混合控制2)].由图三中的斜率计算可 式中：E。为活化能，kJ.mol-1:k为指前因子；k为化 知，在1073~1173K范围内，反应活化能为0.418 学反应速率常数，min-l;R为摩尔气体常数，J· kJ.mol-1;当焙烧温度在1173~1373K范围内时，反 mol1.K-1;T为反应温度，K 应活化能为13.74 kJ.mol-1,因此HCVTM球团矿 对方程(8)两边分别取对数得到方程(9) 在氧化前期受扩散控制. 氧化后期的反应速度常数k,由方程(6)和图6 n k:=-R+In ko (9) 计算得到，nk,与温度的关系如图9所示.在图9工程科学学报,第 40 卷,第 5 期 图 6 不同温度下球团氧化率函数随时间的关系. (a) 1 - (1 - 浊) 1 / 3 ; (b) 1 + 2(1 - 浊) - 3(1 - 浊) 2 / 3 Fig. 6 Relation of the oxidation rate function with time at different temperatures: (a) 1 - (1 - 浊) 1 / 3 ; (b) 1 + 2(1 - 浊) - 3(1 - 浊) 2 / 3 表 4 方程[5]和[6]中的参数 Table 4 Parameters for equations [5] and [6] 温度/ K 化学反应控制 扩散控制 k1 / (10 -3 min -1 ) u1 / 10 -3 k2 / (10 -4 min -1 ) u2 / 10 -2 1073 3郾 86 0郾 81 4郾 60 2郾 96 1173 6郾 59 - 1郾 89 6郾 94 2郾 67 1273 5郾 27 2郾 20 8郾 55 2郾 97 1373 4郾 69 4郾 57 11郾 30 3郾 00 反应为一级不可逆反应,则氧化率 浊 与反应速度常 数 kr之间的关系表达式为: - ln (1 - 浊) = kr t (7) 其中,t 为球团矿氧化反应的时间. - ln(1 - 浊)与 t 的关系如图 7 所示. 从图 7 中的线性关系和斜率变化来看,氧化反 应温度和后期氧化时间对氧化反应速度有较大的影 响. 温度对 HCVTM 球团的氧化反应的影响随温度 的升高而增强,而这种影响随氧化时间的增长而降 低,因此对数据的处理分为两个过程,氧化反应前期 利用方程(4)来计算反应速度常数,而氧化反应后 期利用下面推导的阿伦尼乌斯公式来进行计算. 因此利用阿伦尼乌斯公式和公式(2) 来研究 HCVTM 球团矿的氧化速度常数和焙烧温度之间的 关系. 其中阿伦尼乌斯公式如下: kr = k0·exp [ - E0 / (RT)] (8) 式中:E0为活化能,kJ·mol - 1 ;k0为指前因子;kr为化 学反应速率常数, min - 1 ; R 为摩尔气体常数, J· mol - 1·K - 1 ;T 为反应温度,K. 对方程(8)两边分别取对数得到方程(9) ln kr = - E0 RT + ln k0 (9) 图 7 - ln(1 - 浊)与氧化时间 t 的关系图 Fig. 7 Relation between - ln(1 - 浊) and t 氧化反应前期的 kr由公式(4)计算得到. 这里 对前半段时间的焙烧数据进行处理,其结果如图 8 所示. 图 8 中,lnkr与 1 / T 分别在 8郾 5 伊 10 - 4 ~ 9郾 3 伊 10 - 4 K - 1范围和 7郾 3 伊 10 - 4 ~ 8郾 5 伊 10 - 4 K - 1范围内 的具有线性关系. 由公式(9)可计算出 HCVTM 球 团矿氧化焙烧反应的表观活化能,其可以作为球团 氧化反应控制环节的判据之一. 一般当活化能为 4 ~ 13 kJ·mol - 1时,球团氧化反应为扩散反应控制; 当活化能大于 40 kJ·mol - 1时,球团氧化反应为化学 反应控制;而当活化能在 20 ~ 25 kJ·mol - 1时,球团 氧化反应为混合控制[21] . 由图三中的斜率计算可 知,在 1073 ~ 1173 K 范围内,反应活化能为 0郾 418 kJ·mol - 1 ;当焙烧温度在 1173 ~ 1373 K 范围内时,反 应活化能为 13郾 74 kJ·mol - 1 , 因此 HCVTM 球团矿 在氧化前期受扩散控制. 氧化后期的反应速度常数 k2由方程(6)和图 6 计算得到,lnkr 与温度的关系如图 9 所示. 在图 9 ·554·