Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei,Mohammad Hassan Abbasi,Ali Saidi
علي شفيعي (استاد مشاور) محمدحسن عباسي (استاد راهنما) علي سعيدي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Samad Ghasemi Najafabadi
صمد قاسمي نجف آبادي

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]
چکيده: موليبدنيت مهم‌ترين کانه موليبدن بوده و استخراج موليبدن از آن در فرايند متداول صنعتي شامل مراحل تشويه، خالص سازي و احيا است. تشويه موليبدنيت علاوه بر مشکلات زيست محيطي، از نظر تکنولوژي نيز داراي مشکلات فراواني مي‌باشد. لذا احياي مستقيم موليبدنيت در حضور آهک توسط متان، به عنوان روشي جايگزين براي تشويه و احيا، در اين پژوهش مورد بررسي قرار گرفته است. بررسي ترموديناميک اين واکنش نشان داد که با کاهش پتانسيل کربوراسيون گاز متان توسط استفاده از مخلوط‌هاي گازي CH 4 -H 2 و يا CH 4 -CO 2 -H 2 O مي‌توان ضمن کنترل محصول احيا و توليد موليبدن فلزي و يا هر يک از کاربيدهاي آن، از رسوب کربن نيز که اساسي‌‌ترين مشکل در احيا توسط متان است، جلوگيري نمود. براي بررسي سينتيکي واکنش، آزمايش‌هاي احياي همدما انجام شده و از آناليز همزمان گاز حاصل از احيا به روش کروماتوگرافي گازي براي تعيين روند احيا استفاده گرديد. مشخصه يابي محصولات احيا توسط XRD، FE-SEM مجهز به EDS و آناليز کربن به روش CHN صورت گرفت. نتايج بدست آمده نشان داد که با افزايش نسبت آهک به موليبدنيت و افزايش دما، سرعت احيا به طور چشمگيري افزايش مي‌يابد. براي تعيين مکانيزم احيا، مخلوط‌هاي آهک و موليبدنيت در زمان‌هاي مختلف توسط متان احيا شده و سپس در آرگون تا دماي محيط کوئنچ شدند. آناليز XRD اين نمونه ها، تشکيل موليبدات کلسيم و احياي آنرا به عنوان فاز مياني در حين فرايند احيا نشان مي‌داد. در مکانيزم پيشنهادي براي احياي موليبدنيت توسط متان در حضور آهک، ابتدا مقداري از موليبدنيت توسط متان احيا شده و در حضور آهک، گازهاي CO،CO 2 و H 2 O تشکيل مي‌شوند. اين گازها باعث اکسيداسيون موليبدنيت و توليد بخار تري اکسيد موليبدن شده و در برخورد بخار تري اکسيد موليبدن با آهک، موليبدات کلسيم تشکيل مي‌شود. در ادامه‌ي احيا، موليبدات کلسيم و موليبدنيت باقيمانده توسط متان احيا مي‌گردد. بررسي سينتيک نتايج آزمايش‌هاي همدما نيز دو مرحله‌اي بودن فرايند احيا را تاييد مي‌کرد. مرحله‌ي اول واکنش احيا که مربوط به تشکيل موليبدات کلسيم است با پيروي از مدل تواني (P3) و با انرژي فعالسازي kJ/mol 95 انجام مي‌شود. مرحله دوم واکنش نيز مربوط به احياي موليبدات کلسيم تشکيل شده در مرحله‌ي قبل و موليبدنيت باقيمانده بوده و در هماهنگي با مدل نفوذ سه بعدي (D3) با انرژي فعالسازي kJ/mol 10 مي‌باشد. با توجه به اينکه درصد کربن نمونه‌هاي احيا شده با گاز متان بيش از کربن استوکيومتري بود، احيا توسط مخلوط‌هاي گازي CH 4 -He و CH 4 -H 2 به جاي متان خالص بررسي شد و در اين شرايط، رسوب کربن ناشي از شکستن متان کاهش يافت. مقايسه‌ي احيا توسط متان با احيا توسط کربن، مونوکسيد کربن و هيدروژن، بيانگر برتري متان بر اين عوامل احيا کننده بود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی