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Thermogravimetric and microstructural analysis of the low-temperature oxidation of iron powders

Fradet, Quentin und Fong, Syafinah und Kurnatowska, Michalina und Soria-Verdugo, Antonio und Choisez, Laurine und Riedel, Uwe (2025) Thermogravimetric and microstructural analysis of the low-temperature oxidation of iron powders. Fuel – The Science and Technology of Fuel and Energy, 401, Seite 135866. Elsevier. doi: 10.1016/j.fuel.2025.135866. ISSN 0016-2361.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
13MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2025.135866

Kurzfassung

Metal fuels, particularly iron, hold great promise as a sustainable source for decarbonating heat or electricity supply. However, a comprehensive understanding of the physics governing the combustion of iron dust flames is currently lacking. In this study, we present a thorough kinetic investigation of the oxidation of iron micrometer particles. Thermogravimetric analysis experiments were conducted under isothermal conditions and with varying uniform heating rates, with air, and with pure oxygen, as well as with various Fe powders. Our results indicate that the oxidation of iron particles can achieve completion at relatively low temperatures, even before the appearance of wüstite. Microstructural analysis suggests an oxidation process under 570 °C dominated by the growth of a duplex magnetite layer, surrounded by a network of hematite ridges. In later stages of oxidation, an inter-particle continuous surface might form, hindering the contact between the iron material and the oxidizing agent. A kinetic analysis has been conducted using model-free and model-fitting methods. An approximate activation energy of 220 kJ/mol has been derived from the Kissinger-Akahira-Sunose method and it is shown that the truncated Sestak and Berggren model could fairly reproduce isothermal and dynamic thermogravimetric analysis experiments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/214576/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Thermogravimetric and microstructural analysis of the low-temperature oxidation of iron powders
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fradet, QuentinQuentin.Fradet (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4968-8494NICHT SPEZIFIZIERT
Fong, SyafinahNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0005-0540-2660NICHT SPEZIFIZIERT
Kurnatowska, MichalinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Soria-Verdugo, AntonioNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-4255-0660NICHT SPEZIFIZIERT
Choisez, LaurineNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-4862-5734NICHT SPEZIFIZIERT
Riedel, UweNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-8682-2192189303634
Datum:1 Dezember 2025
Erschienen in:Fuel – The Science and Technology of Fuel and Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:401
DOI:10.1016/j.fuel.2025.135866
Seitenbereich:Seite 135866
Verlag:Elsevier
ISSN:0016-2361
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Iron powder, Metal fuel, Thermogravimetric analysis, Oxidation kinetics
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Dekarbonisierte Industrieprozesse
Standort: Cottbus , Zittau
Institute & Einrichtungen:Institut für CO2-arme Industrieprozesse > Kohlenstoffarme Reduktionsmittel
Hinterlegt von: Fradet, Dr. Quentin
Hinterlegt am:06 Aug 2025 08:36
Letzte Änderung:06 Aug 2025 08:36

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