70
Kết quả phân tích XRD của bã phối liệu sau hồn ngun tại các nhiệt độ từ 1050 đến 1300 oC được thể hiện trong Hình 4.17. Tại 1050 oC, CaO và MgO chưa phản ứng là các pha chính trong bã thải, pha Ca2SiO4 xuất hiện với các đỉnh nhiễu xạ có cường độ yếu. Thực tế tại nhiệt độ này phản ứng hoàn nguyên đã xảy ra vì theo tính tốn nhiệt động học CaSi2 và Si có thể sản xuất Mg tại nhiệt độ thấp hơn 1050 oC tuy nhiên kết quả hiệu suất thu được rất thấp (đạt 10 %) do trong điều kiện nhiệt độ thấp tốc độ phản ứng diễn ra chậm. Trong các mẫu thử khác tại nhiệt độ cao hơn, các pha Ca2SiO4 xuất hiện nhiều hơn với cường độ các đỉnh nhiễu xạ tăng dần trong khi đỉnh nhiễu xạ của CaO và MgO giảm dần và hầu như khơng cịn khi nhiệt độ đạt 1300 oC, thành phần chính của bã phối liệu trong trường hợp này là Ca2SiO4. Điều đó cho thấy khả năng sản xuất Mg tăng dần theo nhiệt độ, khi các pha Si, CaSi2 và FeSi2 đều tham gia vào phản ứng.
Bã phối liệu sau hoàn nguyên đối với các mức nhiệt độ hoàn ngun càng cao thì bã thu được có độ xốp tăng. Với mức nhiệt độ 1050 oC gần như viên phối liệu vẫn cịn ngun hình dáng, nhưng đối với mức nhiệt cao hơn (điển hình như ở 1200 oC) bã thu được có dạng xốp, trên bề mặt của viên bã xuất hiện nhiều lỗ rỗng. Hiện tượng này là do sau phản ứng giữa dolomit và fero silic sẽ tạo ra Mg ở thể khí và hơi Mg sản phẩm sẽ khuếch tán qua các lỗ hổng của viên phối liệu hoặc làm rộng các lỗ hổng đó hay tạo ra lỗ hổng mới. Sau khi khuếch tán ra khỏi lỗ hổng, hơi Mg sẽ tập trung trên bề mặt các viên phối liệu và trong điều kiện chân khơng tiếp tục bị hút về cuối lị, kết tinh ở vùng nhiệt độ thấp. Do đó hơi Mg sản phẩm càng được tạo ra nhiều thì viên liệu càng có độ xốp cao. Hình 4.18 cho thấy viên phối liệu sau hồn ngun có độ xốp tăng khi nhiệt độ hoàn nguyên tăng tương ứng với hiệu suất hồn ngun.
Hình 4.18. Bã phối liệu thu được sau hoàn nguyên: (a) 1050 oC, (b) 1200 oC, (c) Bề mặt viên phối liệu với các lỗ rỗng do hơi Mg thốt ra
Dựa vào kết quả phân tích ở trên, luận án đã đưa ra cơ chế phản ứng hồn ngun như trong Hình 4.19, được chia thành bốn bước:
1) Khi nhiệt độ thấp hơn 1000 oC, Si sẽ khuếch tán vào bột dolomit;
2) Khi nhiệt độ từ 1000 -1050 oC, Si phản ứng với CaO để hình thành hợp chất CaSi2 dạng lỏng và tạo lớp sản phẩm Ca2SiO4; CaSi2 lỏng sẽ dàn đều trên bề mặt phối liệu, làm tăng khả năng tiếp xúc giữa các chất phản ứng;
3) Khi nhiệt độ từ 1050 - 1150 oC hợp chất CaSi2 được hình thành sẽ phản ứng hoàn nguyên với dolomit ở trạng thái rắn - lỏng và Si tiếp tục khuếch tán qua lớp sản
71
phẩm Ca2SiO4 để phản ứng với CaO hình thành CaSi2 hồn nguyên dolomit. Sản phẩm Ca2SiO4 mới được tạo ra sẽ làm tăng kích thước lớp Ca2SiO4 ban đầu;
4) Khi nhiệt độ tăng cao hơn 1150 oC, silic trong hạt FeSi2 sẽ khuếch tán để tham gia phản ứng hồn ngun.
Q trình phản ứng này bao gồm các phản ứng ở trạng thái rắn - rắn và rắn - lỏng.