Kinetics of Solid-State Reduction of Ilmenite Ore

Abstract

Solid-state reduction of ilmenite ore by carbon under nitrogen was studied at temperatures up to 1200°C. The rate of reduction was followed by determination of oxygen loss and by chemical analysis for metallic and ferrous iron. The reduction process proceeds through different stages with formation of structures intermediate between iron and reduced forms of titanium oxides. The results show that the reduction of titanium dioxide to its lower oxides takes place in parallel with the reduction of iron oxides. The oxygen deficiency in reduced titanium dioxide increases with increases in reduction temperature and time. Iron oxides are not reduced completely owing to the presence of some residual ferrous oxide combined in a structure which resists reduction. The mechanism and kinetics of the reduction process are discussed. The reduction data under isothermal conditions are consistent with a mixed model with phase-boundary reaction and diffusion processes controlling the reduction rate up to about 80% reduction.

Résumé

La réduction à l'état solide du minerai d'ilmenite par le carbone sous azote a été etudiée à des températures allant jusqu'à 1200°C. Le taux de reduction etait suivi en determinant la perte d'oxygène et par analyse chimique de la teneur en fer métallique et ferreux. Le procédé de réduction s'effectue en plusieurs étapes avec formation de structures intermédiaires composées de ferlet de formes réduites d'oxyde de titane. Les résultats montrent que la réduction du bioxyde de titane vers ses oxydes plus légers se produit en paralléle avec la réduction des oxydes de fer. La carence en oxygéne dans le bioxyde de titane s'accroft lorsqu'on augmente la température et le temps de réduction. Les oxydes de fer ne sont pas complétement réduits à cause de la présence de certains oxydes ferreux résiduels agglomérés en une structure résistante à la réduction. Les mécanismes et les cinétiques du procédé de réduction sont discutés. Les données de réduction sous condition isotherme sont en accord avec un modèle de contrôle mixte impliquant une réaction interfaciale et des mécanismes de diffusion contrôlant le taux de réduction jusqu'à environ 80% de la réduction.