钒钛磁铁矿微波碳还原研究

论文摘要

为了探索钒钛磁铁矿资源综合利用的新方法,本文在综述微波冶金的研究进展和钒钛磁铁矿资源利用的基础上,以攀钢钒钛磁铁矿为研究对象,采用微波碳热还原的方法,结合微波加热的基本理论和热力学计算,研究了微波场中钒钛磁铁矿的碳还原特性,得出以下主要结论:微波场中,温度影响还原反应进行的程度和还原产物。在还原温度为1300℃时,还原产物的主要物相是:金属铁、未还原的磁铁矿、钛铁矿和Fe2TiO5;在还原温度为1400℃时,还原产物的主要物相是:孔洞状的金属铁块、未还原的磁铁矿和FeTiO3、MgTiO3、Fe2TiO5和TiO2、镁铝尖晶石（MgAl2O4）;在还原温度为1500℃时,还原产物出现渣铁分离,金属部分为铁钒合金,渣相部分主要物相是FeTiO3、MgTiO3、Fe2TiO5、Ti3O5、镁铝尖晶石（MgAl2O4）、FeO。配加一定量CaO的钒钛磁铁矿在微波碳还原过程中,因CaO与钛铁矿和钛铁晶石发生反应,可以促进这两种物质的分解,降低了钛铁矿和钛铁晶石中铁氧化物的还原难度;同时CaO与钒钛磁铁矿中的酸性氧化物发生反应,生成低熔点物质,有利于渣铁分离。但是过多的CaO反而会减弱钒钛磁铁矿的吸波性,渣铁分离的效果变差。实验结果表明:碱度为1.2、1.4、1.6的样品均比碱度为1.0的样品,还原效果好。钒钛磁铁矿中配加过量的碳,不仅为还原反应提供还原性气氛,而且过量的碳会覆盖在还原产物表面,使反应物与外部隔绝,起到保温作用。实验结果表明:配碳量为26%及以上时,还原后有剩余的含碳物质存在,钒钛磁铁矿的还原效果好。当微波功率基本保持不变时,钒钛磁铁矿的温度与时间成2次函数关系上升,升温速率则随时间延长而下降。在钒钛磁铁矿微波碳还原过程中,随着还原反应的进行产生的气体不断增多以及气体在温度的作用下发生膨胀,导致微波炉炉膛压力随时间成上升关系。本实验条件下,钒钛磁铁矿微波碳还原的最优条件是:1500℃,配碳量29.9%,自然碱度,0.6atm。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 非高炉炼铁概述
• 1.2 微波冶金概述
• 1.2.1 微波在炭热还原金属氧化物矿方面的应用
• 1.2.2 微波在辅助浸出方面的应用
• 1.2.3 微波在冶金废弃物处理方面的应用
• 1.3 钒钛磁铁矿资源特点及其利用情况
• 1.3.1 钒钛磁铁矿资源特点及其分布状况
• 1.3.2 钒钛磁铁矿的综合利用研究及应用现状
• 1.3.3 选矿产品的利用情况
• 1.4 课题的目的、意义和研究内容
• 2 微波冶金的基本理论及钒钛磁铁矿的热力学分析
• 2.1 微波冶金的基本理论
• 2.2 微波与物质相互作用的参数─复介电常数
• 2.3 微波加热过程中能量的损耗
• 2.4 钒钛磁铁矿碳热还原的热力学计算
• 3 实验条件及实验方案
• 3.1 实验设备
• 3.2 实验原料
• 3.3 实验设计
• 3.3.1 钒钛磁铁矿配碳量的设计计算
• 3.3.2 CaO 配加量的设计计算
• 3.3.3 单因素试验表和正交试验表的设计
• 4 不同温度下钒钛磁铁矿微波碳还原特征
• 4.1 钒钛磁铁矿在还原过程中温度随时间的变化
• 4.2 钒钛磁铁矿在还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 4.3 不同还原温度下钒钛磁铁矿的还原产物
• 4.4 小结
• 5 不同碱度下钒钛磁铁矿微波碳还原特征
• 5.1 不同碱度的钒钛磁铁矿在还原过程中温度随时间的变化
• 5.2 不同碱度的钒钛磁铁矿在还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 5.3 不同碱度的钒钛磁铁矿的还原产物
• 6 不同配碳量下钒钛磁铁矿微波碳还原特征
• 6.1 不同配碳量的钒钛磁铁矿在还原过程中温度随时间的变化
• 6.2 不同配碳量的钒钛磁铁矿还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 6.3 不同配碳量的钒钛磁铁矿还原产物
• 7 不同配碳量、不同碱度、不同温度、不同体系压力综合作用下钒钛磁铁矿微波碳还原特征
• 7.1 配碳22.2%、自然碱度的钒钛磁铁矿在炉膛初始压力为0.4atm，温度为1300℃下的还原特征
• 7.1.1 1#样品在还原过程中温度随时间的变化
• 7.1.2 1#样品在还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 7.2 配碳 29.6%，碱度 1.0 的钒钛磁铁矿在炉膛压力为 0.5atm，温 度 1300℃下的还原特征
• 7.2.1 2#样品在还原过程中温度随时间的变化
• 7.2.2 2#样品在还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 7.3 配碳25.9%，碱度1.2 的钒钛磁铁矿在炉膛初始压力0.6atm，温度1300℃下的还原特征
• 7.3.1 3#样品在还原过程中温度随时间的变化
• 7.3.2 3#样品在还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 7.4 配碳21.9%，碱度1.0 的钒钛磁铁矿在炉膛初始压力0.6atm，温度1400℃下的还原特征
• 7.4.1 4#样品在还原过程中温度随时间的变化
• 7.4.2 4#样品在还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 7.5 配碳29.5%，碱度1.2 的钒钛磁铁矿在炉膛初始压力0.4atm，温度1400℃下的还原特征
• 7.5.1 5#样品在还原过程中温度随时间的变化
• 7.5.2 5#样品在还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 7.6 配碳26.2%，自然碱度的钒钛磁铁矿在炉膛初始压力0.5atm，温度1400℃下的还原特征
• 7.6.1 6#样品在还原过程中温度随时间的变化
• 7.6.2 6#样品在还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 7.7 配碳21.8%，碱度1.2 的钒钛磁铁矿在炉膛初始压力0.5atm，温度1500℃下的还原特征
• 7.7.1 7#样品在还原过程中温度随时间的变化
• 7.7.2 7#样品在还原过程中炉膛压力随时间的变化
• 7.8 配碳29.9%，自然碱度的钒钛磁铁矿在炉膛初始压力0.6atm，温度1500℃下的还原特征
• 7.8.1 8#样品在还原过程中温度随时间的变化
• 7.8.2 8#样品在还原过程中压力随时间的变化
• 7.9 配碳26%，碱度1.0 的钒钛磁铁矿在炉膛初始压力0.4atm，温度1500℃下的还原特征
• 7.9.1 9#样品在还原过程中温度随时间的变化
• 7.9.2 9#样品在还原过程中压力随时间的变化
• 7.10 1#～9#样品的还原产物
• 8 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A：作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• B：作者在攻读硕士学位期间参加的学术活动
• C：作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目