Reduction Kinetics of Porous Pellets of Iron-Titanium Oxides

Abstract

This study consists of the thermogravimetric analysis of the reduction of single porous pellets of iron-titanium oxide as a function of hydrogen gas flowrate at 1100°C. At sufficiently low hydrogen flow rates, the reduction is observed to occur in distinct steps whereas these steps overlap at high flow rates. The reduction rate is expressed in terms of the chemical composition of the oxide that is present at any particular time, the mass transport of reducing gas and the counterdiffusion of the gases through the pores of the pellet. The results are analysed in terms of a porous pellet model previously proposed. The effective diffusivity of the gaseous components and the Thiele modulus are calculated from image analysis data (using a Cambridge QUANTIMET 720 image analyser) of a polished section of a partially reduced pellet. It is shown that the analysis of the results can be used to calculate the standard free energy offormation of the oxides. The results are consistent with the model for the reduction of porous oxide materials and with the thermodynamic restrictions.

Résumé

Nous avons étudié à l'aide de l'électrobalance la cinétique de réduction par l'hydrogene à 1110°C de boulettes poreuses d'oxyde de fer et titane en fonction du débit gazeux. Pour des débits d'hydrogene très faibles on peut distinguer plusieurs étapes réactionnelles, mais ces étapes se confondent progressivement lorsque le débit augmente. Les différents paramètres qui déterminent le taux de réduction, à savoir la nature chimique du solide qui réagit, le transfert du gaz réducteur a la boulette, la contre diffusion des gaz reactifs et produits dans les pores de la boulette, sont évalués expérimentalement. Les résultats sont interprétés à la lumiére d'un modèle sur les boulettes poreuses que nous avons développé récemment. En examinant des boulettes partiellement réduites avec un analyseur quantitatif d'image (QUANTIMET 720), nous avons pu déterminer le coefficient de diffusion effective des espèces gazeuses et le module de Thiele. Nous montrons également que l'analyse des résultats permet de calculer l'enthalpie libre standard de formation des oxydes.