氨氣直接還原赤鐵礦及其反應機制

　　為了探討氨氣（NH₃）還原赤鐵礦（Fe₂O₃）的熱力學特性、反應特性以及在還原過程中溫度和時間影響，該研究透過HSC Chemistry 6.0軟體計算Fe₂O₃和Fe₂SiO₄與NH₃、H₂和CO之間的還原反應標準吉布斯自由能，評估氨氣作為還原劑的可行性。使用臥式高溫電爐對赤鐵礦進行加熱還原處理，透過不同溫度和時間條件下的NH₃還原試驗，探究其還原效果。

　　試驗結果顯示，NH₃在溫度為290℃時即可以有效還原Fe₂O₃，而H₂需要在溫度為542℃時才可以有效還原Fe₂O₃。NH₃還原Fe₂SiO₄的熱力學反應溫度為480℃，顯示NH₃在還原Fe₂SiO₄時具有熱力學優勢，且在更高溫度下氨氣的還原效率更高。隨著溫度的升高，赤鐵礦的失重率和還原率增加，900℃時赤鐵礦可以被體積分數為30%的NH₃完全還原。還原時間的增加也導致失重率和還原率的增加，還原時間為60分鐘時還原率達到90%，還原時間為180分鐘時還原率達到100%。

　　透過XRD、SEM和OM對還原後的樣品，發現Fe₂O₃首先轉化為Fe₃O₄，然後迅速轉化為FeO，最後FeO轉化為單質鐵。EDS能譜分析顯示，隨著反應的進行，氧原子含量減少而鐵原子含量增加，最終Fe₂O₃被完全還原為單質鐵。在NH₃還原Fe₂O₃的過程中，氮原子的數量先增加後減少，代表鐵被NH₃氮化生成Fe₄N，隨後Fe₄N在高溫下分解產生鐵和N₂。