Articles

Hållbar järnproduktion från mineraljärnkarbonat och vätegrön Kemi (RSC Publishing)

xmlns=”http://www.rsc.org/schema/rscart38minskningen av järnmalm med väte anses vara en lovande CO2-genombrottsteknik för att mildra CO2-utsläpp från järn-och stålindustrin. Den toppmoderna produktionen av järn och stål från mineraljärnkarbonater (FeCO3) baseras på termisk nedbrytning av FeCO3 i luft för att producera hematit (Fe2O3) lämplig för järnproduktion. Vårt tillvägagångssätt är att direkt minska FeCO3 med väte till elementärt järn, vilket undviker Fe2O3-bildning. Som en konsekvens kan CO2-utsläppen minskas med 60% och upp till 33% mindre reduktionsmedel behövs för järnproduktion. Utvecklingen av miljövänliga produktionsvägar måste baseras på en grundläggande förståelse för reaktionskinetiken och mekanismen. Därför användes termogravimetri för att bestämma kinetiken för bildandet av järn från mineraljärnkarbonat och samtidig sönderdelning av tillbehörsmatriskarbonater av kalcium, magnesium och mangan. Den isoconversional kinetic analysen enligt Ozawa–Flynn–Wall, Kissinger–Akahira-Sunose och Friedman-metoden bekräftar den föreslagna parallella kinetiska modellen. Multivariat icke-linjär regression användes för att bestämma lämpliga kinetiska parametrar. Omvandlingen av järnkarbonat till järn kan beskrivas med den tvådimensionella Avrami-Erofeev-modellen A2. Därför föreslås en temperaturkontrollerad kärnbildning och diffusionell tillväxtmekanism för järnbildning från mineraljärnkarbonat och väte. Multiparameterreaktionsmodellerna Cn-X och Bna kan användas för att beskriva samtidig järn -, kalciumoxid -, magnesiumoxid-och manganoxidbildning utan att applicera flerstegs kinetik. Multiparameterreaktionsmodellerna förutsäger en omvandling över 95% vid 450 CCC inom mindre än 60 minuters reaktionstid. Oundvikligen släpps 1 mol koldioxid alltid ut när 1 mol FeCO3 omvandlas till järn. Katalytisk koldioxidhydrogenering (CCDH) kan tillämpas för att minska oundvikliga CO2-utsläpp genom kemisk omvandling till mervärdekolinnehållande kemikalier. Därför föreslår vi en process som kombinerar den förbättrade järnproduktionen via direkt FeCO3-reduktion med CCDH som en uppföljningsreaktion.