高铬型钒钛磁铁矿氧化焙烧-气基直接还原过程机理实验研究

论文摘要

钒、钛、铬是世界公认的重要战略资源,是国民经济发展和国家安全的重要物质保障,广泛应用于冶金化工、航空航天、国防军事等领域。我国攀西红格地区高铬型钒钛磁铁矿除富含铁外,含有钒、钛、铬等珍贵元素,但由于其矿物组成相比于普通钒钛磁铁矿更为复杂,原料特性更为特殊,使得该矿在传统高炉冶炼中铁与钒、钛、铬的综合利用率低下,造成了严重的资源浪费和环境污染。基于高铬型钒钛磁铁矿的研究利用现状,本研究首先从高铬型钒钛磁铁矿基础特性入手,研究了焙烧温度和焙烧时间对高铬型钒钛磁铁矿氧化过程的影响,确定了合理的高铬型钒钛磁铁球团焙烧工艺参数。通过气基竖炉还原实验,考察了还原温度和气氛条件对高铬型钒钛磁铁矿球团还原过程的影响,并分析了球团的还原相变历程和气基竖炉还原动力学。通过熔分实验,考察了熔分后产物高钛渣和含钒铬生铁的品质。得出以下结论：（1）高铬型钒钛磁铁矿主要由磁铁矿、铬铁矿、钒磁铁矿、钛磁铁矿等组成,其粒度粗,<0.074mm的仅占29.98%；（2）提高焙烧温度和延长焙烧时间,均可提高高铬型钒钛磁铁矿球团的抗压强度。合理的焙烧温度为1300℃,焙烧时间为20min；（3）高铬型钒钛磁铁矿球团氧化过程中物相变化为：Fe3O4→Fe2O3; Fe2.75Ti0.2504→Fe9TiO15+FeTi03→Fe9TiO15+Fe2Ti309;FeV2O4→（Cr0.15V0.85）2O3;FeCr2O4→Cr1.3Fe0.7O3+（Cr0.15V0.85）2O3;（4）随着还原温度提高和还原气氛中H2含量增多,高铬型钒钛磁铁矿球团的还原度不断增大。在1100℃、H2：CO=5：2条件下还原30 mmin,还原度能达到95%。还原在初期阶段由界面化学反应和内扩散混合控制,界面化学反应占主导地位；随着还原的进行,内扩散成为限制性环节,并逐渐占据主导地位；（5）高铬型钒钛磁铁矿气基还原历程为：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe; Fe9TiO15+Fe2Ti309→Fe2.75Ti0.2504→FeTiO3→TiO2；（Cr0.15V0.85）2O3→FeV204;Cr1.3Fe0.7O3→FeCr2O4；（6）对还原产物进行电炉熔分,得到高钛渣和含钒铬生铁,高钛渣中Ti02品位为39.36%,收得率为89.69%。生铁中TFe含量为92.34%,收得率为93.53%；V收得率为85.68%；铬收得率为89.50%。对于熔分过程及条件的还待下一步深入研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究课题的提出
• 1.3 研究目的及意义
• 1.4 研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 高铬型钒钛磁铁矿资源特点
• 2.1.1 高铬型钒钛磁铁矿资源分布
• 2.1.2 高铬型钒钛磁铁矿资源特点
• 2.2 铁、钒、钛、铬的资源研究利用现状
• 2.2.1 铁的资源利用现状
• 2.2.2 钒、铬资源利用现状
• 2.2.3 钛的资源利用现状
• 2.3 高铬型钒钛磁铁矿资源研究利用现状
• 2.3.1 高铬型钒钛磁铁矿的高炉冶炼
• 2.3.2 高铬型钒钛磁铁矿的非高炉冶炼
• 2.4 铁矿球团应用与研究现状
• 2.4.1 球团矿简介
• 2.4.2 普通磁铁矿球团焙烧固结机理
• 2.4.3 钒钛磁铁矿球团固结机理研究现状
• 2.5 气基还原研究利用现状
• 2.5.1 气基直接还原技术简介
• 2.5.2 我国气基直接还原技术的发展现状与前景
• 第3章 高铬型钒钛磁铁矿原料特性的研究
• 3.1 化学成分
• 3.2 粒度组成
• 3.3 细磨处理
• 3.4 物相组成
• 3.5 TG-DSC差热分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 高铬型钒钛磁铁矿氧化球团焙烧及其机理研究
• 4.1 高铬型钒钛磁铁矿氧化球团制备
• 4.1.1 生球的制备及性能检测
• 4.1.2 球团焙烧处理与成品球团抗压强度检测
• 4.2 焙烧温度对高铬型钒钛磁铁矿球团焙烧过程的影响研究
• 4.2.1 焙烧温度对球团抗压强度的影响
• 4.2.2 焙烧温度对球团物相成分的影响
• 4.2.3 焙烧温度对球团内部形貌的影响
• 4.2.4 高铬型钒钛磁铁矿球团氧化固结过程
• 4.3 焙烧时间对高铬型钒钛磁铁矿球团焙烧过程的影响
• 4.3.1 焙烧时间对球团抗压强度的影响
• 4.3.2 焙烧时间对球团物相成分的影响
• 4.3.3 焙烧时间对球团内部形貌的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 高铬型钒钛磁铁矿气基竖炉直接还原实验研究
• 5.1 气基竖炉直接还原热力学理论
• 5.2 高铬型钒钛磁铁矿气基竖炉直接还原实验研究
• 5.2.1 实验设备
• 5.2.2 实验方案和实验步骤
• 5.2.3 温度和气氛对球团还原率的影响
• 5.2.4 温度和气氛对球团还原膨胀的影响
• 5.2.5 温度和气氛对球团还原冷却后强度
• 5.3 高铬型钒钛磁铁矿球团气基竖炉直接还原相变历程
• 5.3.1 气基竖炉直接还原相变实验
• 5.3.2 气基竖炉直接还原相变历程分析
• 5.3.3 气基直接还原相变历程形貌变化
• 5.4 高铬型钒钛磁铁矿球团气基竖炉直接还原动力学分析
• 5.4.1 气固反应动力学-未反应核模型
• 5.4.2 气基竖炉直接还原反应限制性环节
• 5.4.3 气基竖炉直接还原反应阻力
• 5.4.4 还原反应速率常数
• 5.5 还原产物熔分实验
• 5.5.1 实验设备
• 5.5.2 实验方法及步骤
• 5.5.3 实验结果及分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢