تاثیر میکروساختار و خواص شیمیایی در مقیاس اتمی بر روی احیای مستقیم سنگ آهن تحت هیدروژن در دمای 700
Influence of microstructure and atomic-scale chemistry on the direct reduction of iron ore with hydrogen at 700°C
گرچه با گسترش دانش و ظهور فناوری های نوین، مواد پیشرفته گوناگونی توسعه یافته اند، اما فولاد کماکان یک محصول کاملا مهم است. در نتیجه، پژوهش هایی با جزییات و پیچیدگی های فراوان در حال انجام بر روی انوع فولادها است. فولاد، به خصوص در مقیاس صنعتی، از طریق روش های مختلفی تولید می شود و هر کشور، با در نظر داشتن نوع منابع معدنی، سوخت غالب، و سایر الزامات فنی، روش مناسبی را برای تولید این ترکیب مهم انتخاب می کند. همچنین، میزان و کیفیت فولاد تولیدی، یکی از شاخص های ارزیابی توانایی فنی کشورهای توسعه یافته است که تضمین کننده توسعه سایر بخش های صنعتی است.
احیای مستقیم سنگ آهن برای تولید آهن اسفنجی، یکی از فرایندهای اصلی تولید فولاد در ایران است. در واقع، ایران ظرفیت بسیار بالایی در تولید آهن اسفنجی دارد که با توجه به نوع منابع داخل و شرایط فنی، همواره ظرفیت تولید در حال افزایش است. با وجود اهمیت آهن اسفنجی در ایران، فعالیت های پژوهشی فراوانی بر روی آن ها انجام نمی شود و نیازمند توجه پژوهشی بیشتری هستند تا تحقیقات با اثر مستقیم بر روی صنعت، صورت پذیرد. در این پست، یکی از مقالات مهم در این زمینه مورد بررسی قرار می گیرد که به بررسی اثر میکروساختار و خواص شیمیایی در مقیاس اتمی بر روی احیای مستقیم سنگ آهن تحت جریان هیدروژن در دمای 700 درجه پرداخته است و در مجله معتبر Acta Materialia به انتشار رسیده است.
همانطور که می دانیم، آهن موجود در سنگ آهن، با استفاده از کربن احیا می شود که 30% از میزان کربن دی اکسید حاصل از ساخت و تولید در دنیا را منتشر می کند و یکی از بزرگ ترین بخش های صنعتی است که موجب انتشار گازهای گلخانه ای می گردد. استفاده از هیدروژن برای احیای سنگ آهن، یک جایگزین بسیار مهم است. گرچه احیای سنگ آهن در حضور هیدروژن در دهه های گذشته بسیار بررسی شده است، کینتیک آن هنوز به صورت کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است و درک خوبی نسبت به آن وجود ندارد، به خصوص در مرحله احیای فاز وستیت که بسیار کندتر از احیای هماتیت است. عوامل محدود کننده سرعت احیای این واکنش، در این مقاله با بررسی میکروساختار و خواص شیمیایی سطحی سنگ آهن، بررسی شده اند. در این مقاله گزارش شده است که حین واکنش احیا، حفرات و میکروساختار پیچیده ای تشکیل می شود، که به دلیل حذف اکسیژن و استحاله فازی بدون ثابت ماندن حجم، بوده است. میکروساختار ایجاد شده پس از فرایند احیا، به صورت توده هایی است که از کریستال های تقریبا خالص آهن تشکیل شده است، و دارای حفرات و ترک هایی نیز هستند که برخی در سنگ آهن ابتدایی وجود داشته و برخی نیز سپس ایجاد شده اند. همچنین مشاهده شد که برخی از ناخالصی ها مانند سدیم، منیزیم، تیتانیم، یا واندیم، در آهن، به شکل اکسید هستند که احیا نشده اند. این مقاله یک مسیر جدید در زمینه احیای آهن با استفاده از هیدروژن را نشان می دهد که می تواند جایگزین روش های موجود باشد و موجب کاش انتشار کربن دی اکسید گردد. در حال حاضر، احیای سنگ آهن با استفاده از گاز متان صورت می پذیرد که پس از شکستن بر روی کاتالیست های نیکلی، به جریان گاز سنتز (هیدروژن و مونو اکسید کربن) تبدیل می شود و سنگ آهن در حضور گاز سنتز احیا می شود. این مقاله موانع و عوامل موثر بر احیای سنگ آهن تحت هیدروژن رو مشخص کرده است و می تواند در فعالیت های پژوهشی گسترده ای ادامه یابد.
بدیهی است که هرکشور، روش های مشخص و اختصاصی خود را برای توسعه صنعت پیگیری می کند و با توجه به اهمیت تولید آهن اسفنجی در ایران، به شدت توصیه می گردد که در صورت علاقه به انجام فعالیت پژوهشی صنعت-محور، به فرایند تولید آهن اسفنجی از طریق احیای مستقیم، بیشر توجه شود. همچنین، با توجه به سرمایه گذاری موسساتی مانند مکس-پلانک در این زمینه، تاکید می شود که به احیای سنگ آهن در حضور گازهای بدون-کربن، توجه بیشتری باید شود و دانشجویان مقاطع مختلف، می توانند به این فعالیت ها بپردازند و مستقیم وارد صنعت شوند.
