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Kinetic conditions for the simultaneous formation of oxide and sulphide in reactions of iron with gases containing sulphur and oxygen or their compounds

1973; Elsevier BV; Volume: 13; Issue: 2 Linguagem: Inglês

10.1016/0010-938x(73)90024-3

1879-0496

A. Rahmel,

Industrial Gas Emission Control

The scaling of pure iron has been investigated in N2O2SO2 and COCO2COS mixtures between 700 and 900°C. Simultaneous formation of FeO and FeS at the scale/gas phase boundary is observed when the diffusion in the aerodynamic boundary layer or the reaction at the scale/gas phase boundary is the rate-controlling step of the oxidation in O2N2 mixtures or of the sulphidation in COCOS mixtures. In those cases the addition of the second oxidant (SO2 to O2N2 mixtures, and an increased CO2 to COCO2COS mixtures) increases the rate of the oxidation or sulphidation reactions. When, however, the diffusion of iron ions and electrons through the oxide or sulphide layer respectively, or the reaction at the metal/scale phase boundary are rate-determining, the thermodynamically stable phase (oxide or sulphide) is formed exclusively and the addition of the second oxidant has no influence on the scaling rate. These results may be understood from an evaluation of the equilibria prevailing at the scale/gas phase boundary. Le calaminage du fer pur a été étudié dans des mélanges N2O2SO2 et COCO2COS entre 700 et 900°C. La formation simultanée de FeO et FeS à l'interface calamine/gaz est observée dans tous les cas où la diffusion dans la couche limite d'écoulement ou la réaction à l'interface calamine/gaz constituent le facteur contrôlant la vitesse de l'oxydation dans des mélanges O2N2 ou de la sulfuration dans les mélanges COCOS. Dans ces cas l'addition d'un deuxième oxydant (SO2 dans les mélanges O2N2 et CO2 dans les mélanges COCOS) augmente les vitesses des réactions d'oxydation et de sulfuration. Cependant, si la diffusion des ions de fer et d'électrons par les couches d'oxyde et de sulfure réspectivement, ou la réaction à l'interface métal/calamine constituent le facteur contrôlant la vitesse, il se forme exclusivement la phase thermodynamiquement stable (oxyde ou sulfure), et l'addition du deuxième oxydant n'a pas d'effet en ce qui concerne la vitesse du calaminage. Les résultats peuvent être interprétés sur la base des équilibres existant à l'interface calamine/gaz. Es wurde die Verzunderung von reinem Eisen in N2O2SO2- und COCO2COs-Gemischen zwischen 700 und 900°C untersucht. Eine gleichzeitige Bildung von FeO und FeS an der Phasengrenze Zunder/Gas erfolgt immer dann, wenn der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Oxydation in O2N2-Gemischen oder der Schwefelung in COCOS-Gemischen die Diffusion in der Strömungsgrenzschicht oder die Reaktion an der Phasengrenze Zunder/Gas ist. In diesen Fällen beschleunigt die Zugabe des zweiten Oxydationsmittels (SO2 zu O2N2-Gemischen und CO2 zu COCOS-Gemischen) die Geschwindigkeit der Oxydation oder Schwefelung. Ist dagegen die Diffusion der Eisenionen und Elektronen durch die Oxid-bzw. Sulfidschicht geschwindigkeitsbestimmend oder die Reaktion an der Phasengrenze Metall/Zunder, so wird nur die thermodynamisch stabile Phase (Oxid oder Sulfid) gebildet, und die Zugabe des zweiten Oxydationsmittels hat keinen Einfluβ auf die Verzunderungsgeschwindigkeit. Diese Ergebnisse können durch Betrachten der Gleichgewichte an der Phasengrenze Zunder/Gas verstanden werden.