釩鈦磁鐵礦微波碳還原研究

重慶大學(xué)生碩士學(xué)位論文重慶大學(xué)生碩士學(xué)位論文重慶大學(xué)生碩士學(xué)位論文重慶大學(xué)生碩士學(xué)位論文摘要為了探索機(jī)鈦磁鐵礦資源綜合利用的新方法，本文在綜述微波冶金的研究進(jìn)展和鑰鈦磁鐵礦資源利用的基礎(chǔ)上，以攀鋼鑰鈦磁鐵礦為研究對(duì)象，采用微波碳熱還原的方法，結(jié)合微波加熱的基本理論和熱力學(xué)計(jì)算，研究了微波場(chǎng)中機(jī)鈦磁鐵礦的碳還原特性，得出以下主要結(jié)論：微波場(chǎng)中，溫度影響還原反應(yīng)進(jìn)行的程度和還原產(chǎn)物。在還原溫度為130CTC時(shí)，還原產(chǎn)物的主要物相是：金屬鐵、未還原的磁鐵礦、鈦鐵礦和FgTiOs；在還原溫度為1400C時(shí)，還原產(chǎn)物的主要物相是：孔洞狀的金屬鐵塊、未還原的磁鐵礦和FeTiO^MgTiOj.Fe.TiO,和TiCh、鎂鋁尖晶石(MgAIQQ：在還原溫度為1500C時(shí)，還原產(chǎn)物出現(xiàn)渣鐵分離，金屬部分為鐵機(jī)合金，渣相部分主要物相是FeTiCh、MgTiCh、Fe2TiO5,Ti3O5,鎂鋁尖晶石(MgAl2O4),FeO。配加一定量CaO的鈕鈦磁鐵礦在微波碳還原過程中，因CaO與鈦鐵礦和鈦鐵晶石發(fā)生反應(yīng)，可以促進(jìn)這兩種物質(zhì)的分解，降低了鈦鐵礦和鈦鐵晶石中鐵氧化物的還原難度；同時(shí)CaO與機(jī)鈦磁鐵礦中的酸性氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)物質(zhì)，有利于渣鐵分離。但是過多的CaO反而會(huì)減弱機(jī)鈦磁鐵礦的吸波性，渣鐵分離的效果變差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：堿度為1.2,1.4、1.6的樣品均比堿度為1.0的樣品，還原效果好。機(jī)鈦磁鐵礦中配加過量的碳，不僅為還原反應(yīng)提供還原性氣氛，而且過量的碳會(huì)覆蓋在還原產(chǎn)物表面，使反應(yīng)物與外部隔絕，起到保溫作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：配碳量為26%及以上時(shí)，還原后有剩余的含碳物質(zhì)存在，機(jī)鈦磁鐵礦的還原效果好。當(dāng)微波功率基本保持不變時(shí)，機(jī)飲磁鐵礦的溫度與時(shí)間成2次函數(shù)關(guān)系上升,升溫速率則隨時(shí)間延長(zhǎng)而下降?在機(jī)鈦磁鐵礦微波碳還原過程中，隨著還原反應(yīng)的進(jìn)行產(chǎn)生的氣體不斷增多以及氣體在溫度的作用下發(fā)生膨脹，導(dǎo)致微波爐爐膛壓力隨時(shí)間成上升關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)條件下，機(jī)鈦磁鐵礦微波碳還原的最優(yōu)條件是：1500°C,配碳量29.9%,自然堿度,0.6atm.關(guān)鍵詞：微波，機(jī)鈦磁鐵礦，碳還原ABSTRACTTheresourceofvanadiumtitano-magnetiteisabundantinChina.Thepresentprocessofvanadiumtitano-magnetitecannotmakefulluseofitandleadtowasteoftitaniumresource.Inordertoobtainanewwaytomakefulluseofvanadiumtitano-magnetite,themixtureofvanadiumtitano-magnetiteandcoalpowderwasheatedbymicrowavetoacquirethereductioncharacteristic.Theconclusionsofthisworkareasfellows:Temperaturehasimportantinfluenceonthereductiondegreeofvanadiumtitano-magnetiteandthecompositionofthereductionproduct.Whenthereductiontemperatureis1300°C,thereductionproductcontainsFe,FeQuFeTiO^andFe^TiOsWhenthereductiontemperatureis1400°C,thereductionproductcontainsFe,住0卜FeTiOs.MgTiO,F^TiOs,Tit),MgALCUWhenthereductiontemperatureis1500°C,theslagandthemetalseparate.ThemetalisFc-Valloy.TheslagcontainsFcTiOs,MgTiO%Fe2TiO5,Ti3O5,MgAI2O4)FcO.TheadditionofCaOtothevanadiumtitano-magnetitecanmakethereductionofFeTiChand2FeO?TiCheasilyandtheseparationofstagandiron.TheseparationoftheslagandmetalbecomesweakenbecausethemicrowaveabsorbancyofthemixturedropsoffiftheadditionofCaOisexcessive.Theresultsindicatethatthereductionisbetterwhenthebasicityis1,2,1.4,1.6.Whentheadditionofcarbontovanadiumitano-magnetiteisexcessive,theexcessivecarbonwilleffectthereductionatmosphereandthereissurplusofcarbonafterthecompletionofreduction,thesurpluscarboncoveringthereductionproductioncaninsulatestheproductionandkeepthetemperature.Theexperimentalresultsindicatethatthereissurplusofcarbonandthereductionisbetterwhentheadditionofcarbonisabove26%.Whenthemicrowavepowerisunchanged,thetemperatureandtimeisafunctionof2.Theheatingratedecreaseswithtime.Themicrowaveovenpressureincreaseswithtimebecasethegasproductionincreasesandthevolumeinflates.Undertheexperimentalcondition,whenthereductiontemperatureis1500°C,thecarboncontentis29.9%,thebasicityisnatural,theinitialpressureis0.6atm,thereductionisthebest.Keywords:Microwave,vanadiumtitano-magnetite,carbonreductionI緒論I緒論I緒論I緒論1緒論1.1非高爐煉鐵概述20世紀(jì)，高爐煉鐵飛速發(fā)展，但是隨著高爐的發(fā)展，其面臨的問題也日趨嚴(yán)峻。首先，高爐煉鐵需要塊狀和-定粒級(jí)的爐料，但高品位鐵礦逐漸減少，只有通過選精礦、燒結(jié)造塊的方法提供原料；其次，高爐消耗焦煤，但焦煤資源儲(chǔ)量有限且日趨貧乏，造成焦煤價(jià)格逐漸升高，這兩方面的原因均造成了煉鐵成本的增加。除此之外，在燒結(jié)礦、球團(tuán)礦，煉焦以及高爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“二廢”嚴(yán)重污染大氣、土地和水源。鋼鐵行業(yè)需要進(jìn)曰大量的高品位鐵礦石以滿足生產(chǎn)的需要，煉鐵成本高，行業(yè)利潤(rùn)大幅度卜-降，生存環(huán)境惡化，同時(shí)鋼鐵行業(yè)所產(chǎn)生的溫室氣體CO,最占溫室氣體CO2總量已超過10%,也是氣體硫化物(SO2、SO3等)、氮氧化物(NOx)等有害氣體和粉塵、懸浮微塵主要來源之一。以傳統(tǒng)BF-BOF鋼鐵生產(chǎn)流程為主的鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染及不艮影響在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中僅次于動(dòng)力工業(yè)，是我國(guó)控制環(huán)境污染，減少溫室氣體CO2排放量的主要行業(yè)之因此，冶金工業(yè)被列為重污染行業(yè)。隨著環(huán)境保護(hù)要求的口益提高，鋼鐵工業(yè)的環(huán)境壓力越來越大,它的發(fā)展需要新的工藝方法。例如：首鋼被迫花費(fèi)巨資遷出北京，寶鋼在上鋼三廠搬遷中采用COREX熔融還原工藝，都是為了減少環(huán)境污染。降低煉鐵成本，降低生產(chǎn)能耗，減少煉鐵過程中的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，是鋼鐵工業(yè)走持續(xù)發(fā)展道路的重要方向，為此，需要尋求新的、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的煉鐵工藝。北高爐煉鐵是高爐煉鐵法之外，采用非焦煤為能源，不用焦炭煉鐵的各種工藝方法的總稱。它有助于鋼鐵工業(yè)擺脫焦煤資源的羈絆，是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。目前，非高爐煉鐵根據(jù)工藝特征、產(chǎn)品類型及用途，可分為直接還原法和熔融還原法兩大類⑴。直接還原法限于以氣體燃料、液體燃料或非焦煤為能源，是在鐵礦石(或含鐵團(tuán)塊)呈固態(tài)的軟化溫度以下進(jìn)行還原獲得金屬鐵的方法。由于還原溫度低，產(chǎn)品呈多孔低密度海綿狀結(jié)構(gòu)，含碳低，未排除脈石雜質(zhì)的金屬鐵產(chǎn)品，叫直接金屬鐵(DR1),或稱海綿鐵。直接還原的分類一般以主體能源作為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將流程劃分為煤基直接還原、氣基直接還原和電熱直接還原三大類。煤基直接還原以煤為主要能源，主要是使用回轉(zhuǎn)窯為主體設(shè)備的流程。氣基直接還原以天然氣為主體能源，包括豎爐、反應(yīng)罐和流化床流程。電熱直接還原以電力為主要能源，是使用電熱豎爐或使用電重慶大學(xué)生碩士學(xué)位論文重慶大學(xué)生碩士學(xué)位論文#[33J丁偉安.微波輻射作用下硫化銅精礦FeC13浸出[J],濕法冶金,1996(1):53.[34]PengJinhui,LiuChunpeng.KineticsofleachingsphaleriteWithpyrolusitesimultaneouslybymicrowaveirradiation[J].Trans.NonferrousMet.Soc.China,1997,7(3):152.[351鄭英，牛玉清，牛學(xué)軍，等.粘土礦物在微波輻射卜的酸溶性實(shí)駛[J].鈾礦冶,2001,20(3):209-211.[36JChenYan.Yoshikawa,Noboru.Taniguchi,Shoji.MicrowaveHeatingBehaviorofBlastFurnaceSlagBearingHighTitanium]J].IS1JInternational,200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