酸性钒钛渣还原及高硅铁水提钒的动力学研究

论文摘要

铁浴法熔融还原具有传质条件好、反应速度快、冶炼周期短等优点,为冶炼钒钛磁铁矿开辟了一条新途径。对含钒铁水进行氧化提钒,得到高品位钒渣有利于钒资源的高效利用。本文实验研究了碳饱和铁液和CaO-FeO-SiO2-TiO2-Al2O3-MgO-V2O5渣系中钒、钛氧化物的还原规律,并运用双膜理论建立了钒钛氧化物还原的动力学模型,获得了温度1580℃,渣铁比1：4,初始V2O5含量1.9%,初始TiO2含量45%的条件下,钒、钛氧化物还原反应的速率方程,即-d（%V2O3）/dt=4.91×104（%V203）-4.99x10-5,-d（%Ti02）/dt=6.84×10-5（%Ti02）-2.90×10-3。发现在钒还原反应达到平衡之前,钒钛的还原均为表观一级反应,表观活化能分别为370.94kJ/mol和193.76kJ/mol,反应的限制性环节为渣中钒、钛的扩散。理论模型与实验数据基本吻合,所提出数学模型较真实地反映实验规律。运用模型分析了反应时间、温度、渣铁比等因素对钒钛氧化物还原的影响,获得了以下结论：（1）钒优先于钛还原,1580℃时,钒的还原在100min左右即可达平衡,而钛的还原远没有达到平衡。要使得钒的还原率大于80%,反应时间应长于60min。但为了抑制Ti的还原,反应时间也不宜太长,反应时间应控制在60-80min。（2）温度越高,对钒和钛的还原越有利。为了达到扬钒抑钛的目的,温度应控制在1540-1580℃。（3）较小的渣铁比对钒、钛的还原都会有促进作用,但是对钛的影响较大,应控制在1：4左右。（4）渣中初始V2O5含量的提高和TiO2含量的降低,都会促进钒的还原。本文还实验研究了高硅含钒铁水（V：0.2-0.4%,Si：0.6-1.0%）被氧化的动力学规律,并考察了温度、铁水中初始Si、V含量等因素对钒氧化的影响。实验表明：（1）在1350℃时,钒的氧化在20-25min即可达到平衡,氧化率为88%。（2）温度的提高,会加速钒的氧化,但当温度大于碳钒转化温度时,钒会发生逆还原反应,综合考虑温度应控制在1350℃-1400℃。（3）铁水中初始V含量和Fe2O3质量的增加,都会促进钒的氧化。铁水中Si含量的增加会钒的氧化有抑制作用。（4）钒的氧化为表观一级反应,表观活化能为122.47kJ/mol,反应的限制性环节为渣中钒的扩散。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 钒钛矿的概况
• 1.1.1 钒钛矿的资源优势
• 1.1.2 钒钛矿的用途
• 1.1.3 攀钢钒钛磁铁矿综合利用现状
• 1.1.4 钒钛渣还原动力学的基础研究
• 1.2 钒提取冶金的工艺及现状
• 1.2.1 钒的性质和用途
• 1.2.2 钒提取的主要方法
• 1.2.3 攀钢从钒钛磁铁矿提取钒的工艺概述
• 1.2.4 钒提取基础研究
• 1.3 研究的意义和内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 酸性钒钛渣还原的动力学研究
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 反应方法的选择
• 2.1.4 实验步骤和分析方法
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 渣中V价态的确定
• 2.2.2 不同温度下钒氧化物、钛氧化物的还原规律
• 2.3 钒钛渣中钒还原动力学模型的建立
• 2.3.1 模型的建立
• 2.3.2 模型的实验验证
• 2.4 钒钛渣中钛还原动力学模型的建立
• 2.4.1 模型的建立
• 2.4.2 模型的实验验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 高硅铁水提钒的动力学研究
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验装置
• 3.1.3 实验步骤和分析方法
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 高硅铁水钒-碳选择性氧化临界温度的热力学计算
• 3.2.2 各因素对高硅铁水提钒的影响
• 3.2.3 高硅铁水提钒的动力学分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 文中包含图、表、公式及文献