Từ dữ liệu thực nghiệm, tốc độ phản ứng hoàn nguyên Mg giảm theo thời gian đặc biệt từ 1h đến 4h tại cả bốn vùng nhiệt độ nghiên cứu. Mơ hình khuếch tán cho kết quả dự đốn khá chính xác dữ liệu thực nghiệm với hệ số xác định R2 từ 0.93 đến 0.99 (hình 4.46 - 4.49). Do đó q trình hồn ngun thuộc dạng động học khuếch tán. Theo cơ chế này, khi hai pha rắn đặt cạnh nhau và được nung nóng, các ca- tot ở lớp đầu tiên của nguyên tử mỗi chất rắn sẽ dịch chuyển vị trí, có thể xảy ra qua các khuyết tật cấu trúc tinh thể hoặc đường biên giới hạt dẫn tới hình thành lớp sản phẩm. Lớp sản phẩm này lớn lên theo thời gian do khuếch tán liên tục, khi đó các ion silic phải khuếch tán qua lớp sản phẩm ngày càng lớn này để tiếp tục phản ứng với dolomit. Do vậy mà tốc độ phản ứng hoàn nguyên sẽ giảm dần theo thời gian.
Hình 4.46 – 4.49. So sánh các mơ hình động học với kết quả thực nghiệm tại 1150 đến 1300 oC
Đối với các mơ hình khuếch tán cho thấy mơ hình Jander dự đốn chính xác nhất trong vùng nhiệt độ 1200 oC và 1250 oC (hình 4.50 – 4.53) và mơ hình này được lựa chọn để tính tốn năng lượng hoạt hóa của phản ứng bằng cách sử dụng đồ thị Arrhenius.
Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hồn ngun Mg được tính tốn bằng 203.25 kJ/mol thấp hơn so với hầu hết các nghiên cứu hồn ngun trong cùng mơi trường chân khơng của Toguri, Hughes và Yu- si Che (hình 4.55). Nguyên nhân bởi viên phối liệu được sử dụng có kích thước nhỏ hơn dẫn đến khả năng truyền nhiệt tốt hơn, lực ép phối liệu là 60 MPa cao hơn so với lực ép 20 MPa được sử dụng trong nghiên cứu của Toguri và Hughes. Ngoài ra, luận án sử dụng nghiền và trộn phối liệu trong thiết bị nghiền bi hành tinh năng lượng cao còn các nghiên cứu khác sử dụng thiết bị nghiền bi thông thường, đây là nguyên nhân quan trọng giúp năng lượng hoạt hóa trong luận án được hạ thấp. Trong khi đó, nghiên cứu của Morsi thực hiện trong mơi trường hỗ trợ bởi dịng khí Ar, áp suất trong lị gần bằng áp suất khí quyển dẫn tới phản ứng yêu cầu nhiệt độ cao hơn, năng lượng dư tối thiểu để các phân tử xảy ra tương tác cao hơn trong mơi trường chân khơng.
Hình 4.50 – 4.53. So sánh các mơ hình động học với kết quả thực nghiệm tại 1150 đến 1300 oC
Hình 4.55. Đồ thị Arrhenius cho kết quả nghiên cứu của luận án so sánh với kết quả một số nghiên cứu khác
Kết quả năng lượng hoạt hóa đã khẳng định tốc độ của phản ứng hồn ngun được kiểm sốt bởi giai đoạn khuếch tán chất phản ứng qua lớp sản phẩm ở trạng thái rắn - rắn. Phương trình tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian hồn ngun theo mơ hình Jander được thể hiện như sau:
1 2 (−24446.28)[1 − (1 − �)3] = 556816. .� � � [1 − (1 − �)3] = 556816. .� � �
� 1423 K, 1573 K
(4.38)