Фізика та хімія методу прямого твердотільного відновлення залізної руди водневою плазмою

Abstract

На даний час залізо отримують із залізних руд, додаючи карбон із вугілля. Виробничий процес складається з багатьох етапів, що потребує великих капіталовкладень, обладнання для масштабного виробництва та продукує велику кількість вуглекислого газу (CO2), відповідального за забруднення навколишнього середовища. Докладаються значні зусилля щодо заміни карбону воднем (Н2). Хоча Н2 є найсильнішим відновником, все ж, він має термодинамічні та кінетичні обмеження. Однак, такі термодинамічні та кінетичні обмеження можна усунути водневою плазмою (ВП). ВП містить молекулярно-атомні та іонні стани водню, що збуджуються в ротаційному середовищі. Усі вони сприяють термодинамічним перевагам, роблячи стандартну вільну енергію Гіббса більш негативною, що спричинює можливість відновлення оксидів заліза при низьких температурах. Окрім термодинамічної переваги, такі збуджені види збільшують внутрішню енергію ВП, що зменшує енергію активації, роблячи тим самим процес відновлення простішим та швидшим. Окрім термодинамічної та кінетичної переваги ВП, побічним продуктом реакції є екологічно безпечна вода. У цьому огляді обговорюється фізика і хімія відновлення залізної руди за допомогою ВП, наголошуючи на твердотільному відновленні залізної руди. Відновлення залізної руди за допомогою ВП має значний потенціал і є привабливим процесом відновлення.