Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Mohammad Hassan Abbasi,Masoud Panepour
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) محمدحسن عباسي (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Rasool Tahmasebi
رسول طهماسبي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Study of the effect of iron on mechanical activation and reduction of hematite-graphite mixture
In this study the effect of iron on mechanical activation (MA), structural evolution and reduction behavior of hematite (H) and graphite (G) mixture has been investigated. Different amounts of iron (0-10 wt%) were added to the H - G (C/O =1) powder mixture. Then mechanical milling in an inert atmosphere was performed on H - G - Fe mixtures for different time periods (0-50 hr), using a planetary ball mill. X-ray diffraction (XRD) analysis revealed that G peaks completely disappeared in diffraction patterns of samples milled for more than 5 hr, due to the annihilation of G crystal structure. In addition, magnetite (M) peaks emerged in diffraction patterns of samples milled for 10 hr and more, indicating the reduction of some of the H to M due to milling in the presence of G. Obtained results regarding the grain size and structural microstrain of H particles by using one of the methods based on integral breadth analysis (Gaussian-Gaussian approach) showed that milling has a tremendous impact on reducing the grain size and increasing the structural microstrain of H particles and iron enormously intensifies the changes. Furthermore, it was found that H and G amorphization degree and H dislocation density increased by extending the milling time and increasing the iron content. The MA parameters ?/tan? and ?/d were introduced for evaluation of MA and also as criterion for comparing the intensity of MA in different mixtures. The obtained results from the methods were in agreement with previous findings regarding the effect of milling time and iron content on intensity of MA and stored energy in the mixtures. Scanning electron microscopy (SEM) observations revealed that MA produces a compacted composite structure of particles (especially in samples milled for more than 5 hr). The formation mechanism of the aforesaid structure is by getting stuck of H and G brittle particles in iron ductile particles. This state leads to a considerable increase in stored energy. Therefore, iron not only intensifies the structural evolution of H-G mixture but also accelerates taking place of different stages of MA. The effect of milling time and iron content on reduction process of different samples was thoroughly investigated by STA. Samples were heated in an argon atmosphere with a constant heating rate of 10 °C/min from room temperature to 1200 °C. TGL and DTA curves of different samples illustrated that by increasing the milling time and iron content and as a result of higher stored energy in the mixture, the initial temperature of all the reduction reactions notably reduces, while degree of reduction increases. Additionally, RTG and DSC curves showed that reduction rate increases and necessary heat for reduction reactions decreases as milling time and iron content increases. Catalytic effect of iron on reduction process was observed.
چکيده در اين تحقيق اثر آهن بر فعال سازي مکانيکي, تغييرات ساختاري و رفتار احياي مخلوط هماتيت-گرافيت بررسي شده است. مقادير مختلف آهن (0 تا 10 درصد وزني) به مخلوط پودري هماتيت-گرافيت (با نسبت 1 = C/O) اضافه گرديد. سپس عمليات آسيا کاري در اتمسفر خنثي بر روي مخلوط هاي هماتيت-گرافيت و آهن براي مدت زمان هاي متفاوت (0 تا 50 ساعت) توسط آسياي گلوله اي سياره اي انجام گرفت. آزمون پراش پرتو ايکس (XRD) نشان داد که در الگوهاي پراش نمونه هاي آسيا شده براي مدت زمان هاي بيشتر از 5 ساعت و درنتيجة از بين رفتن ساختار بلوري, خطوط پراش گرافيت کاملاً محو مي شوند. همچنين در الگوهاي پراش نمونه هاي آسيا شده براي مدت زمان هاي بيشتر از 10 ساعت, فاز مگنتيت ظاهر مي شود که نشان دهندة احياي مقداري از هماتيت اوليه به مگنتيت در نتيجة انجام آسيا کاري در حضور گرافيت مي باشد. نتايج به دست آمده در مورد اندازة دانه و کرنش ساختاري ذرات هماتيت با استفاده از يکي از روش هاي بر پاية پهن شدگي خطوط پراش (روش گوسي-گوسي) نشان داد که آسيا کاري اثر شديدي در کاهش اندازة دانه و افزايش کرنش ساختاري ذرات هماتيت دارد و آهن به طور قابل توجهي تغييرات مذکور را تشديد مي کند. علاوه بر اين مشاهده گرديد که درصد بي شکل شدگي ساختاري ذرات هماتيت و گرافيت و نيز دانسيتة نابجايي ذرات هماتيت با افزايش زمان آسيا کاري و حضور آهن به شدت افزايش مي يابد. دو پارامتر فعال سازي مکانيکي ?/tan? و ?/d به عنوان معياري جهت مقايسة شدت فعال شدگي مخلوط هاي پودري مختلف معرفي گرديد. نتايج به دست آمده از اين دو پارامتر, اثر زمان آسيا کاري و حضور آهن بر افزايش شدت فعال شدگي و انرژي ذخيره شده در مخلوط هاي پودري مختلف را تأييد نمود. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) نشان داد که فعال سازي مکانيکي (به ويژه در زمان هاي بيشتر از 5 ساعت) باعث ايجاد ساختاري مرکّب و متراکم از ذرات مي گردد. مکانيزم شکل گيري ساختار مذکور از طريق فرورفتن و سپس محبوس شدن ذرات ترد هماتيت و گرافيت در درون ذرات نرم آهن مي باشد. اين وضعيت باعث افزايش شديد انرژي ذخيره شده در مخلوط پودري مي گردد. بنابر اين آهن نه تنها تشديد کنندة تغييرات ساختاري ايجاد شده در مخلوط پودري هماتيت-گرافيت است بلکه وقوع مراحل مختلف فعال سازي مکانيکي را نيز تسريع مي نمايد. اثر زمان آسيا کاري و حضور آهن بر رفتار احيايي نمونه هاي مختلف با استفاده از دستگاه STA بررسي گرديد. نمونه ها در اتمسفر آرگون و با نرخ ثابت C/min° 10 از دماي اتاق تا °C 1200 حرارت داده شدند. منحني هاي TGL و DTA نمونه هاي مختلف نشان داد که با افزايش زمان آسيا کاري و حضور آهن و به دليل تشديد تغييرات ساختاري و افزايش انرژي ذخيره شده در مخلوط پودري, دماي شروع کلية واکنش هاي احيايي به شدت کاهش و درجة احيا افزايش مي يابد. همچنين منحني هاي RTG و DSC نشان داد که موارد مذکور باعث افزايش سرعت فرآيند احيا و کاهش گرماي مورد نياز براي انجام واکنش هاي احيايي مي گردد. اثر کاتاليستي آهن بر فرآيند احيا مشاهده گرديد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی