اثر فعال سازی مکانیکی بر احیای کربوترمی ایلمنیت

در این تحقیق اثر فعال سازی مکانیکی بر احیای کربوترمی ایلمنیت به وسیله آنالیز حرارتی غیرهمدما مورد ارزیابی قرار گرفت. فعال سازی مکانیکی مخلوط پودری کنسانتره ایلمنیت و گرافیت در زمان های 10 تا 50 ساعت تحت اتمسفر آرگون و در یک آسیاب پر انرژی از نوع گلوله ای سیاره ای در سرعت rpm300 انجام شد. در نمونه ایلمنیت-گرافیت آسیاکاری نشده حرارت دهی به صورت غیر همدما تا دمای c?1200 با سرعت c/min?10 منجر به انجام هیچ واکنشی نشد. اما براساس نمودارهای tg حرارت دهی در شرایط مشابه در نمونه های فعال سازی شده منجر به انجام احیا طی سه مرحله و در سه گستره دمایی متفاوت شد. افزایش زمان آسیاکاری از 10 به 50 ساعت منجر به کاهش دمای احیا در این سه مرحله شد. به منظور بررسی محصول احیا در هر مرحله آزمایش احیا در شرایط همدما بر روی مخلوط ایلمنیت-گرافیت فعال سازی شده به مدت 10 ساعت در دماهای میانی مربوط به هر مرحله انجام شد. سپس توسط آزمایش xrd فازهای تشکیل شده حین احیا در هر مرحله تعیین شد. بر اساس این آزمایشات مشخص شد که در مرحله اول و در دماهای بالاتر از c?830 آهن و روتیل تولید می شود. در مرحله دوم و در دماهای بالاتر از c?920 احیای روتیل به اکسیدهای میانی تیتانیم رخ می دهد. احیا در این مرحله با تشکیل اکسیدهای ti3o5 و ti2o3 پیش می رود. در مرحله سوم و در دماهای بالاتر از c?1150 اکسیدهای تیتانیم تبدیل به کاربید تیتانیم می شوند. البته با تعیین پارامتر شبکه ای کاربید تیتانیم در نمونه های احیا شده در دمای c?1300 مشخص شد که درصد مولی کربن موجود در کاربید تیتانیم کمتر از حد استوکیومتری است. بررسی مورفولوژی و میکروساختار نمونه احیا شده در دمای c?1300 توسط میکروسکوپ sem نشان داد که ذرات کاربید تیتانیم در این نمونه به صورت ذرات گلبولی در زمینه آهنی به صورت یکنواخت توزیع شده اند. پارامتر های سینتیکی و همچنین مکانیزم های سینتیکی حاکم بر فرآیند در هر مرحله توسط آزمایشات همدما مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس این آزمایشات انرژی اکتیواسیون احیا در نمونه فعال سازی شده به مدت 10 ساعت در مرحله اول، دوم و سوم به ترتیب 8/278، 3/193، kj/mole 8/530 تعیین شد. همچنین مشخص شد که در مرحله اول واکنش شیمیایی احیای ایلمنیت به آهن و روتیل در فصل مشترک ایلمنیت و کربن(و یا منو اکسیدکربن)، کنترل کننده سرعت احیا است. همچنین در مرحله دوم نفوذ منواکسیدکربن از لایه آهن به منظور احیای روتیل و در مرحله سوم واکنش شیمیایی درجه اول کنترل کننده سرعت احیا هستند.