钒钛磁铁精矿碳热还原铝热强化研究

发布时间：2020-07-23 05:24

【摘要】：攀枝花地区储藏着丰富的钒钛磁铁矿资源。目前处理钒钛磁铁精矿的方式主要是通过高炉冶炼钒钛磁铁精矿-转炉提钒-转炉炼钢的生产工艺流程。此流程钛进入高炉渣中,基本无法回收利用,造成钛资源浪费巨大。所以,开发新的工艺,实现铁、钒、钛的高效分离与综合回收利用意义重大。转底炉煤基直接还原工艺具有还原温度高、加热时间短、炉料与炉底相对静止等特点,近年来逐渐成为处理钒钛磁铁精矿工艺之一。由于采用厚料层操作会导致二次氧化和还原速率不一致的问题,目前只能进行薄料层操作,造成产能低下。因此强化中下层球团的还原是钒钛磁铁精矿转底炉直接还原工艺实现厚料层操作的关键。本文提出碳热还原铝热强化新方法,以攀枝花钒钛磁铁精矿为原料,采用等温还原实验方法和非等温还原实验对钒钛磁铁精矿碳热还原行为进行了研究,实验结果表明:(1)本实验所研究的温度内,钒钛磁铁精矿还原过程一共有五个阶段。第一阶段(≤830oC):主要是煤粉中水分和挥发分的析出。第二阶段(830oC~960oC):主要进行的反应是煤粉与钒钛磁铁精矿的固-固还原反应,此反应的速率较小;第三阶段(960oC~1170oC):在此温度下,碳的气化反应速率加快,使得CO的浓度增加,直接导致气-固反应的速率增加;第四阶段(1170oC~1380oC):相较于铁氧化物的还原,钛铁氧化物的还原温度更高,此温度下发生的主要是钛铁矿的还原;第五阶段(≥1380oC):当还原温度达到1480oC时,还原反应已经基本结束,可以推断这个阶段的反应可能是极少部分的假板钛矿被还原成Ti O_2。(2)得到钒钛磁铁精矿碳热还原过程中的相变历程。考察了还原温度分别为1250oC、1300oC、1350oC在不同时间内物相变化。在1350oC的等温还原过程中,还原完成后最终得到的物相是金属铁(Fe)、二氧化钛(Ti O_2)和假板钛矿(Fe Ti_2O_5)。添加铝粉后并没有改变钒钛磁铁精矿的最终物相组成。采用铝粉添加剂对钒钛磁铁精矿碳热还原进行原位强化。结果表明:(1)铝粉添加剂能够有效的强化还原过程,加快了钒钛磁铁精矿碳热还原速率;(2)在铝热强化还原钒钛磁铁精矿碳热还原的过程中,部分铝取代碳作为还原剂参与还原,由于在铝热还原反应是一个强放热过程,导致反应界面周围温度的快速升高,加快了球团中的金属铁颗粒聚集长大。采用无模式等转化率法对非等温还原动力学进行了分析。结果表明:升温速率越大,在相同反应温度时,钒钛磁铁精矿的转化率越低。在整个非等温还原过程中,活化能在整个还原过程随着转化率的变化而变化。添加铝粉样品的活化能整体上小于未添加铝粉的样品。当反应温度小于950oC,还原过程受碳气化反应速率控制;当温度超过1000oC时,受铁氧化物还原反应控制。还原后期由于反应物被还原产物包裹,反应气体难以到达反应界面,总的反应速率受扩散控制。因此,还原后期的活化能逐渐增大。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF55
【图文】：

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图 1.1 高炉法冶炼钒钛磁铁精矿工艺流程图Fig.1.1 BF-BOF process flowsheet目前高炉法冶炼钒钛磁铁精矿工艺的最大问题是：在冶炼钒钛磁铁精矿的艺流程中，钛元素以 TiO2的形式进入到了高炉渣中，随着还原反应的进行，钛渣会变得十分的粘稠，增大高炉冶炼的难度。高炉中的高钛渣在高炉内自动稠原因，并不是 TiO2本身，而是由于高炉内温度过高和还原气氛的促使下，的高价氧化物被还原生成了钛的低价氧化物(Ti2O3)和高熔点的 TiC、TiN 及其溶体 Ti(C,N)，温度越高，高钛渣中被还原生成的 Ti(C,N)化合物愈多，炉渣变越粘稠。根据高炉渣中TiO2的含量多少划分高炉渣的类型，当TiO2含量小于10%TiO2含量介于 10%到 20%之间、TiO2大于 20%分别可以称之为低钛型高炉渣中钛型高炉渣、高钛型高炉渣。渣中 TiO2含量在 25%~30%之间的范围时，在用碱度范围内，TiO2在 1400 Co 左右就熔化了[26]。仅较普通炉渣高约 100℃。化性温度较高的原因是由于高熔点矿物如巴依石(MgO·Ti2O3)、钙钛矿(CaO·TiO等生成的结果。钛渣在 1450 Co 、黏度一般小于 0.5Pa·s，且具有碱性渣特点[27-29]

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位论文程窑-电炉法的流程是先钒后铁流程的工艺原理[4、粘结剂和钠盐混合均匀后造球，然后在加入氧000 Co 左右时进行氧化焙烧，这时回转窑内主要Na2O=2NaVO3)。通过水浸后得到含钒溶液，这，铁与钛主要集中在残球当中，残球再一次经最后得到了钢水和钛渣，钢水用来二次精炼，钛其完整的工艺流程见图 1.2。

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原-电炉流程和还原-磨选流程是先铁后钒流程中主要的两个流原磨选法磨选法是将钒钛磁铁精矿、固体还原剂和添加剂混合在一起，时间下进行选择性固相还原，使矿石中的高价铁氧化物还原成后还原成为零价的金属铁，而钒钛并没有被还原成为单质，仍。随后将还原好的金属颗粒进行细磨，最后得到的铁粉精矿和较高的产品，后面再提取钒钛，还原-磨选的工艺流程见图 1-58]，钒钛磁铁矿采用还原-磨选法加工处理后，得到的铁粉精并且使得钒钛磁铁矿没有熔化成铁水的情况下，实现了在固态规避了在高炉冶炼过程中泡沫渣的出现和粘滞渣等问题的出综合利用的回收要比高炉法和回转窑-电炉法的好。-磨选法可以细分为三种方法，根据使用不同的还原设备就有种方法分别是：回转窑还原-磨选法、隧道窑还原-磨选法和转

【参考文献】