微波碳热还原钒钛磁铁精矿的研究

论文摘要

攀西地区丰富的钒钛磁铁矿资源是我国特有的宝贵自然资源,从攀钢目前的工艺（高炉-转炉）看,除铁的利用率较高外,钒和钛的提取利用率都比较低,宝贵的资源没有充分发挥作用,同时也对环境造成了严重的危害。积极研究新工艺,提高攀枝花钒钛磁铁矿的综合利用程度,实现Fe、V、Ti资源的综合利用,对大规模开发攀西钒钛磁铁矿的丰富资源,充分发挥其经济和社会效益具有十分重要的意义。本研究采用微波加热辅助碳热还原钒钛磁铁矿,以微波对钒钛磁铁矿的加热尝试替代碳的燃烧提供的热量,仅以内配碳作为还原剂使用,以达到减少CO2排放,加快还原反应速度,促进固相还原减少TiC和TiN等高熔点物相生成,有利于铁、钒、钛三种元素的分离等目的。论文首先研究了钒钛磁铁矿在微波场中的升温特性,探讨了试样质量、二元碱度（CaO/SiO2）、粒度组成等因素对钒钛磁铁精矿升温特性的影响,实验结果表明:在微波功率为1kW、加热时间20min、质量为75g、粒度小于80目、CaO/SiO2=1.8的钒钛磁铁矿粉料的升温特性较好,为后续微波碳热还原钒钛磁铁矿提供了重要实验基础;其次用流体流场软件Fluent模拟了微波加热钒钛磁铁矿的升温过程,模拟结果与实验结果接近;最后,本文探讨了在微波场作用下钒钛磁铁矿碳热还原反应的特点,研究了钒钛磁铁矿精矿的重量、添加CaO、煤粉的配加量及煤粉的粒度等因素对样品在微波场中还原过程的影响。结果表明:煤粉的粒度变化对加热速率影响不明显;而样品的重量越小,升温越快,还原效果越好;随着样品中CaO的配加量增加,升温速率减小,还原效果越差;当配入16.730%的煤粉时,碳热还原反应能够进行,随着配碳量的增加,金属化率提高;钒钛磁铁矿中Fe、V、Ti均可在微波辐照下实现碳热还原。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 钒钛磁铁矿资源特点
• 1.2 钒钛磁铁矿冶炼流程简介
• 1.3 铁矿物的碳热还原
• 1.4 微波加热技术的特点及其应用
• 1.4.1 微波加热技术及其特点
• 1.4.2 微波加热技术在工业中的应用
• 1.5 课题学术和实用意义
• 2 钒钛磁铁精矿在微波场中的加热行为研究
• 2.1 微波加热理论及能量传输
• 2.1.1 微波加热理论基础
• 2.1.2 微波加热过程的能量传输
• 2.2 微波加热钒钛磁铁精矿的升温特性及其影响因素
• 2.2.1 钒钛磁铁精矿微波加热实验
• 2.2.2 实验结果及其分析
• 3 微波加热钒钛磁铁精矿的温度场数值模拟
• 3.1 钒钛磁铁精矿的微波加热模型
• 3.2 微波加热的电场强度的确定
• 3.3 矿样内部的温度模拟结果
• 4 含碳钒钛磁铁精矿在微波场中还原行为的研究
• 4.1 实验装置及过程
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验装置
• 4.1.3 实验设计
• 4.1.4 实验步骤
• 4.2 含碳钒钛磁铁精矿还原实验结果
• 4.2.1 不同配煤比条件下含碳钒钛磁铁矿的还原效果
• 4.2.2 不同物料质量条件下含碳钒钛磁铁精矿的还原结果
• 4.2.3 不同二元碱度条件下含碳钒钛磁铁精矿的还原效果
• 4.2.4 不同煤粉粒度条件下含碳钒钛磁铁精矿的还原效果
• 5 分析与讨论
• 5.1 不同配煤比对含碳钒钛磁铁精矿还原结果的影响
• 5.1.1 不同配碳量对试样温度的影响
• 5.1.2 不同配煤比对含碳钒钛磁铁精矿还原金属化率的影响
• 5.2 不同物料质量对含碳钒钛磁铁精矿还原结果的影响
• 5.3 不同二元碱度对含碳钒钛磁铁精矿还原结果的影响
• 5.4 不同煤粉粒度对含碳钒钛磁铁精矿还原结果的影响
• 5.5 不同配煤比的含碳钒钛磁铁精矿还原矿物结构的分析
• 6 全文结论及前景展望
• 6.1 全文结论
• 6.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读学位期间发表的论文目录