Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Ali Saidi
محمدحسن عباسی (استاد مشاور) علی سعیدی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Nazari
محسن نظری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Effect of Mechanical Activation on Carbothermic Reduction of Ilmenite
Effect of mechanical activation in high energy ball milling on carbothermic reduction of ilmenite concentrate has been examined by a combination of steady-state and dynamic technique. In unmilled mixed of ilmenite-graphite sample with increasing temperature up to 1200?C in the rate of 10 ?C/min reduction didn’t evident. But in milled ilmenite-graphite samples reduction proceed via three stages. Reduction initiated with rapid reduction of ilmenite to elemental iron and rutile, and followed by slaw reduction of rutile to sub-oxides. XRD examination of milled samples that reduced in isothermal state indicated that Ti 2 O 3 and Ti 3 O 5 produce at this stage. At temperatures up to 1150?C in final stage of reduction process, titanium oxides reduced to titanium carbide. The unit cell of Titanium carbide increased with increasing time of reduction at constant temperature. Because titanium carbide, that produced in this process, is a nonstoichiometric compound and it ’ s carbon content increased with increasing time. Longer milling time resulted in lowering of onset reduction temperature. Also with increasing milling time the activation energy of reduction process reduced (especially in first stage). Studying of morphology and microstructure of sample that milled in 10 hours and reduced in 1300?C indicate that titanium carbide particles dispersed in iron matrix. In milled ilmenite-graphite samples in 10 hours kinetic parameters and mechanism of reduction at each stage investigated with isothermal technique. In first stage chemical reaction in ilmenite carbon (or carbon monoxide) was rate-controlling steps. In second and third stages solid state diffusion and first order chemical reaction were rate-controlling steps, respectively. The activation energies of reduction of ilmenite-graphite samples in 10 hours were 278.8, 193.3 and 530.8Kj, respectively. Key Words: Ilmenite, carbothermic reduction, mechanical activation, Thermogravimetry
در این تحقیق اثر فعال‌سازی مکانیکی بر احیای کربوترمی‌ایلمنیت به وسیله آنالیز حرارتی غیرهمدما مورد ارزیابی قرار گرفت. فعال‌سازی مکانیکی مخلوط پودری کنسانتره ایلمنیت و گرافیت در زمان‌های 10 تا 50 ساعت تحت اتمسفر آرگون و در یک آسیاب پر انرژی از نوع گلوله‌ای سیاره‌ای 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 نمونه‌های فعال‌سازی 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 فعال‌سازی 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 می‌شود. در مرحله دوم و در دماهای بالاتر از C?920 احیای روتیل به اکسیدهای میانی تیتانیم رخ می‌دهد. احیا در این مرحله با تشکیل اکسیدهای Ti 3 O 5 و Ti 2 O 3 پیش می‌رود. در مرحله سوم و در دماهای بالاتر از C?1150 اکسیدهای تیتانیم تبدیل به کاربید تیتانیم می‌شوند. البته با تعیین پارامتر شبکه‌ای کاربید تیتانیم در نمونه‌های 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 شده‌اند. پارامتر‌های سینتیکی و همچنین مکانیزم‌های سینتیکی حاکم بر فرآیند در هر مرحله توسط آزمایشات همدما مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس این آزمایشات انرژی اکتیواسیون احیا در نمونه فعال‌سازی 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 منو‌اکسیدکربن)، 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.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی