论文题目: 铜渣中有价组分的选择性析出研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 冶金物理化学
作者: 张林楠
导师: 隋智通
关键词: 铜渣,磁铁矿,铁橄榄石,铜锍,晶粒度,选择性富集,氧化动力学,还原动力学
文献来源: 东北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 铜渣中含有大量可利用资源，其中包括相当数量的铜及与铜共生贵金属和稀有金属，铜渣中铁的品位一般超过40wt％，远大于冶炼铁矿29.1wt％的平均品位。渣中铁主要分布在橄榄石相和磁性氧化铁相中，而铜主要以细小颗粒弥散于渣中。由于原渣中矿物互相嵌布且晶粒细小，采用传统分离技术回收渣中的铜、铁等组分较为困难。 本文基于铜渣的特点，通过对熔融铜渣的氧化处理，实现渣中铁组分向磁铁矿相选择性富集，并采用适当的控温措施促进磁铁矿相晶粒长大。处理后，铜渣中磁铁矿的富集度从22％提高到85％以上。控制5K／min的降温速率，磁铁矿平均粒度可达到80-95μm，为磁选分离磁铁矿创造了条件。 通过向熔融的铜渣中鼓入空气或纯氧气的方法研究了铜渣氧化的动力学过程。依据Fe2+的含量变化与反应时间的关系，建立了熔渣动态氧化的表观速率方程，推算出氧化反应的表观活化能。 研究结果表明：纯氧氧化时反应的表观活化能约为296.70kJ／mol，氧化反应的表观速率方程： InkFe2+=-（（296670）／（RT））+18.63； 当空气氧化时表观活化能为340.300kJ／mol，氧化反应的表观速率方程： InkFe2+=-（（340300）／（RT））+22.33； 实验结果表明：铜渣中铁的氧化为一级反应，是高温多相反应。在熔渣等温氧化过程中，Fe3+含量迅速增加并以Fe3O4形式首先析出，氧化处理后，渣中铁橄榄石相减少，磁铁矿相增加，实现了铁组分向磁铁矿相的富集。 氧化过程中，渣中FeO含量降低，Si-O络离子团聚合成长链的阴离子，磁铁矿晶体的不断析出和生长，使熔渣的黏度随XFe3+／XFe2+的比值增加而增大。 论文研究了等温和非等温（降温）过程渣中磁铁矿晶粒的析出和生长行为。 实验结果表明：等温过程中，磁铁矿相的相对转变分数x可用经典的Avrami方程描述： x=1-exp（-ktn）， 在1473-1573K范围内，XFe3+／XFe2+=1／4时，n=2.0左右，
论文目录:
独创性声明
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 多元复合矿冶金渣资源化的概况
1.1.2 铜渣的来源和种类
1.2 铜渣的工艺矿物学特征
1.2.1 典型铜渣的矿物组成及岩相特征
1.2.2 典型铜渣中主要矿物间嵌布关系及铜铁的分布
1.3 铜渣资源化的研究现状
1.3.1 铜渣的火法分离
1.3.2 铜渣选矿法分离
1.3.3 铜渣的湿法浸出
1.3.4 铜渣用于水泥工业及建筑行业
1.3.5 铜渣综合利用存在的问题
1.4 选择性析出技术的研究开发概况
1.4.1 选择性析出技术
1.4.2 铜渣选择性析出处理概述
1.5 研究的目的与内容
1.5.1 铜渣中铁组分选择性析出研究
1.5.2 铜渣中铜组分选择性析出研究
参考文献
第二章 CaO-FeO_x-SiO_2系铜渣氧化动力学
2.1 引言
2.1.1 熔渣氧化动力学的研究现状
2.1.2 本章研究内容
2.2 实验过程
2.2.1 实验方法
2.2.2 试样制备
2.2.3 试样的分析与形貌观察
2.2.4 实验步骤
2.3 结果与讨论
2.3.1 熔渣的氧化过程
2.3.2 熔渣的氧化动力学
2.3.3 熔渣氧化反应动力学模型
2.3.4 熔渣中氧的传递和氧容量
2.4 本章小结
附录
参考文献
第三章 铜渣中磁铁矿相富集行为的研究
3.1 引言
3.2 磁铁矿相选择性富集的热力学分析
3.2.1 渣中铁的分布
3.2.2 氧分压与熔渣中铁的价态变化的关系
3.2.3 磁铁矿析出的热力学分析
3.2.4 组分变化对磁铁矿富集过程的影响
3.3 铜渣中磁铁矿富集行为研究
3.3.1 实验
3.3.2 结果和讨论
3.3.2.1 氧化过程渣中磁铁矿相的富集
3.3.2.2 氧化过程中渣的相组成变化
3.3.2.3 添加氧化钙对磁铁矿相富集的影响
3.4 氧化过程熔渣黏度的变化
3.4.1 实验过程
3.4.2 实验结果和讨论
3.4.2.1 氧化对熔渣黏度的影响
3.4.2.2 温度变化对体系黏度的影响
3.5 本章小结
附录
参考文献
第四章 磁铁矿晶体析出与生长行为研究
4.1 引言
4.2 等温过程磁铁矿析出与生长动力学
4.2.1 实验
4.2.2 实验结果及讨论
4.2.2.1 等温过程磁铁矿的析出动力学
4.2.2.2 等温过程磁铁矿的生长动力学
4.3 非等温(降温)过程磁铁矿晶体析出动力学研究
4.3.1 实验过程
4.3.2 实验结果和讨论
4.3.2.1 降温过程磁铁矿相析出
4.3.2.2 降温过程磁铁矿相的析出动力学
4.3.2.3 降温过程磁铁矿相的生长
4.5 本章小结
参考文献
第五章 铜渣中铜组分析出行为的研究
5.1 引言
5.2 铜渣的碳还原反应的动力学研究
5.2.1 实验过程
5.2.2 结果和讨论
5.2.2.1 碳还原铜渣动力学
5.2.2.2 渣还原过程的微观结构变化
5.3 还原过程渣中铜锍的沉降行为
5.3.1 实验过程
5.3.2 结果和讨论
5.3.2.1 还原过程渣中铜锍沉降行为
5.3.3.2 气体搅动对熔渣中铜锍沉降的影响
5.5 本章小结
参考文献
第六章 结论
6.1 CaO-FeO_x-SiO_2系铜渣的氧化动力学
6.2 铜渣中铁的选择性富集
6.3 磁铁矿晶体析出与生长行为
6.4 铜渣中铜资源的选择性析出研究
致谢
攻读博士期间发表的论文
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发布时间: 2006-10-25
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