Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei,Mohammad Hassan Abbasi,Ali Saidi
علی شفیعی (استاد مشاور) محمدحسن عباسی (استاد راهنما) علی سعیدی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Samad Ghasemi Najafabadi
صمد قاسمی نجف آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1385

TITLE

Reduction of Molybdenite with Methane in the presence of Lime
Reduction of Molybdenite with Methane in the presence of Lime Samad Ghasemi Najafabadi samad_ghasemi@yahoo.com March 2, 2011 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology, Isfahan, 84156-83111, Iran The thermodynamics and kinetics of molybdenite (MoS 2 ) reduction with methane in the presence of lime (CaO) has been investigated. The thermodynamic investigation resulted in construction of stability diagrams of molybdenum compounds. In addition to stability regions of Mo, Mo 2 C and MoC, the carbon deposition area was also identified. A U-shaped quartz micro-reactor was used for MoS2 reduction with CH4 in the presence of lime. The effluent gases were analyzed quantitatively by an online gas chromatograph. The reduced fraction was determined as a function of time by noting the gas flow rate and concentration of oxygen-containing gases. Analyzing the partially reduced solid phase showed the formation of CaMoO 4 as an intermediate phase. Hence, the mechanism proposed for reduction of MoS 2 +CaO with CH 4 involves the direct reduction of MoS 2 with CH 4 to form Mo 2 C and sulfur-containing gases. The sulfur-containing gases are captured by CaO to form CaS, CO(g), CO 2 (g) and H 2 O(g). The unreacted MoS 2 is oxidized by CO(g), CO 2 (g) and H 2 O(g) to form MoO 3 (g), which reacted with CaO to form CaMoO 4 on CaO particles. Finally, CaMoO 4 and remaining MoS 2 are further reduced with CH 4 . Characterization of solid samples was carried out by XRD, CHN and FE-SEM equipped with EDS, providing results consistent with the proposed reaction pathways. The results of isothermal kinetic analysis was in consistence with the 2-step proposed mechanism. In the first step, CaMoO 4 is formed according to power law kinetic model with the activation energy of 95kJ/mol. In the second step of reaction, the as formed CaMoO 4 and remaining MoS 2 were reduced with CH 4 and the results were fitted to tridimensional diffusion model and the calculated activation energy was 10kJ/mol. Keywords : Molybdenite, Reduction, Methane, Lime, Thermodynamics, Kinetics [1]
: مولیبدنیت مهم‌ترین کانه مولیبدن بوده و استخراج مولیبدن از آن در فرایند متداول صنعتی شامل مراحل تشویه، خالص سازی و احیا است. تشویه مولیبدنیت علاوه بر مشکلات زیست محیطی، از نظر تکنولوژی نیز دارای مشکلات فراوانی می‌باشد. لذا احیای مستقیم مولیبدنیت در حضور آهک توسط متان، به عنوان روشی جایگزین برای تشویه و احیا، در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی ترمودینامیک این واکنش نشان داد که با کاهش پتانسیل کربوراسیون گاز متان توسط استفاده از مخلوط‌های گازی CH 4 -H 2 و یا CH 4 -CO 2 -H 2 O می‌توان ضمن کنترل محصول احیا و تولید مولیبدن فلزی و یا هر یک از کاربیدهای آن، از رسوب کربن نیز که اساسی‌‌ترین مشکل در احیا توسط متان است، جلوگیری نمود. برای بررسی سینتیکی واکنش، آزمایش‌های احیای همدما انجام شده و از آنالیز همزمان گاز حاصل از احیا به روش کروماتوگرافی گازی برای تعیین روند احیا استفاده گردید. مشخصه یابی محصولات احیا توسط XRD، FE-SEM مجهز به EDS و آنالیز کربن به روش CHN صورت گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که با افزایش نسبت آهک به مولیبدنیت و افزایش دما، سرعت احیا به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. برای تعیین مکانیزم احیا، مخلوط‌های آهک و مولیبدنیت در زمان‌های مختلف توسط متان احیا شده و سپس در آرگون تا دمای محیط کوئنچ شدند. آنالیز XRD این نمونه ها، تشکیل مولیبدات کلسیم و احیای آنرا به عنوان فاز میانی در حین فرایند احیا نشان می‌داد. در مکانیزم پیشنهادی برای احیای مولیبدنیت توسط متان در حضور آهک، ابتدا مقداری از مولیبدنیت توسط متان احیا شده و در حضور آهک، گازهای CO،CO 2 و H 2 O تشکیل می‌شوند. این گازها باعث اکسیداسیون مولیبدنیت و تولید بخار تری اکسید مولیبدن شده و در برخورد بخار تری اکسید مولیبدن با آهک، مولیبدات کلسیم تشکیل می‌شود. در ادامه‌ی احیا، مولیبدات کلسیم و مولیبدنیت باقیمانده توسط متان احیا می‌گردد. بررسی سینتیک نتایج آزمایش‌های همدما نیز دو مرحله‌ای بودن فرایند احیا را تایید می‌کرد. مرحله‌ی اول واکنش احیا که مربوط به تشکیل مولیبدات کلسیم است با پیروی از مدل توانی (P3) و با انرژی فعالسازی kJ/mol 95 انجام می‌شود. مرحله دوم واکنش نیز مربوط به احیای مولیبدات کلسیم تشکیل شده در مرحله‌ی قبل و مولیبدنیت باقیمانده بوده و در هماهنگی با مدل نفوذ سه بعدی (D3) با انرژی فعالسازی kJ/mol 10 می‌باشد. با توجه به اینکه درصد کربن نمونه‌های احیا شده با گاز متان بیش از کربن استوکیومتری بود، احیا توسط مخلوط‌های گازی CH 4 -He و CH 4 -H 2 به جای متان خالص بررسی شد و در این شرایط، رسوب کربن ناشی از شکستن متان کاهش یافت. مقایسه‌ی احیا توسط متان با احیا توسط کربن، مونوکسید کربن و هیدروژن، بیانگر برتری متان بر این عوامل احیا کننده بود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی