The chlorination kinetics of zirconium dioxide in the presence of carbon

Authors


Abstract

The kinetics of the chlorination of compacted spherical pellets of zirconium dioxide and carbon were studied over a particle temperature range of 1400 to 1950 K. A plasma of pure chlorine generated by an induction torch provided both the high-enthalpy field and the reacting gas. The influence on the rate of conversion of temperature, chlorine concentration and carbon content were determined experimentally. Based on both experimental and theoretical studies, rate equations were developed.

The rate of chlorination was influenced by the separation distance between ZrO2 and carbon particles in the pellets, hence a shrinking-core model was not obeyed. Instead, a new reaction model was proposed. The experimental results provided adequate information for the selection of optimum conditions with respect to reactor type, temperature and carbon content for an industrial process.

Abstract

On a étudié, sur une gamme de température de particules de 1400 à 1950 K, la cinétique de la chloration de comprimés sphériques de bioxyde de zirconium (ZrO2) et de carbone. Un plasma de chlore pur produit par un chalumeau à induction a fourni simultanément le champ d'enthalpie élvée et le réactif gazeux. On a déterminé expérimentalement l'influence qexercent, sur la vitesse de conversion, la température, la concentration du chlore et la teneur en carbone. On a établi des équations de vitesse à partir des études expérimentales et théoriques.

La distance qui sépare les particules de ZrO2 de celles du carbone dans les comprimés a un effet sur la vitesse de chloration, et donc le modèle “shrinking core” est pas convenable. On a plutǒt proposé un nouveau modèle de cinétique de réaction. Les résultats expérimentaux ont fourni des renseignements adéquats pour le choix des conditions optimales d'un procédé industriel, en ce qui a trait au type de réacteur, à la température et la teneur en carbone.

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