钒铬渣中变价元素价态分布规律及钒、铬在渣金间分配行为的研究

摘要

红格钒钛磁铁矿是一种伴生有钒、铬、铁、钛等资源的多金属矿。由于现有技术尚不足以同时充分提取多种有价金属，红格南矿区的高铬型钒钛磁铁矿一直处于限制开发的状态。依托现有两步法提钒流程，可将铬元素氧化进入钒渣，再在后续的湿法提钒过程中进行钒、铬分离，达到同时回收钒、铬的目的。鉴于目前少有针对含钒、铬铁水氧化过程以及高铬型钒渣（钒铬渣）物理化学性质的研究，钒、铬元素同时提取回收的基础理论研究亟待加强。
　　本文以FeOx-SiO2-MnO-TiO2-VOx-CrOx-MgO渣系为研究对象，通过建立渣中变价元素的价态计算热力学模型，并结合X射线光电子能谱（XPS）研究V、Cr、Fe的主要价态及其影响因素。理论计算表明钒铬渣中钒的主要价态为+3、+4价，铬的主要价态为+3价，铁的主要价态为+2价；XPS结果表明，钒的主要价态为+3、+5价，铬的主要价态为+3价，铁的主要价态为+2、+3价。氧势是对 V、Cr、Fe价态影响最明显的因素，随着氧势的增加V、Cr、Fe的价态均增加；而渣中V2O3、Cr2O3含量的变化不会对 V、Cr、Fe的价态产生明显的影响。工业提钒条件下的2log(PO)经计算约在-13~-10 atm之间，此时钒以+3价为主，其次是+5价；铬以+2价为主；铁以+2价为主，其次是+3价。
　　本文建立了基于共存理论的铬、钒在渣金间平衡分配的热力学模型。同时，为了避免铁水中碳元素对实验结果的影响，采用固体纯铁和钒铬渣平衡的间接实验方法进行了平衡实验。理论和实验结果均表明：w(FeO)增加有利于LCr、LV增加；w(SiO2)增加会导致 LCr、LV降低；w(Cr2O3)、w(V2O3)增加会分别导致 LCr增加和LV增加；温度低于1653 K的时候Cr、V的分配比保持在较高水平。log(LCr)、log(LV)的值均在2~3.2之间。因此，提高渣中FeO含量，控制渣中的w(Cr2O3)在5~6％且 w(V2O3)在9%~11%之间，降低的 SiO2含量；同时，氧化过程中的反应温度不高于1653 K，将有利于增大提钒铬过程Cr、V的分配比。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

2 文献综述

2.1 钒、铬冶金概况

2.1.1 钒、铬的化学性质及用途

2.1.2 钒、铬资源及提取技术

2.2 钒、铬在冶金熔渣中的赋存价态研究现状

2.2.1 冶金炉渣中钒、铬赋存价态及其影响因素

2.2.2 冶金熔渣中钒、铬价态的检测方法

2.3 铁水中钒、铬氧化行为的研究现状

2.4 本课题的研究目的和内容

3 钒铬渣中变价元素价态分布规律及影响因素研究

3.1 铬、钒价态计算的热力学模型

3.1.1 计算原理

3.1.2 模型的构建

3.1.3 模型的验证

3.1.4 计算结果与分析

3.2 Fe、Cr、V价态分布的实验研究

3.2.1 样品的制备

3.2.2 Fe、Cr、V的XPS谱线分峰原则

3.2.3 实验结果与分析

3.3 计算结果与实验结果的对比讨论

3.4 Fe、V、 Cr在实际生产中赋存状态的讨论

3.5 小结

4 铬、钒在渣金间分配行为的研究

4.1 铬、钒在渣金间的平衡实验

4.1.1 间接法测元素平衡分配的原理

4.1.2 实验方法及步骤

4.1.3 实验后的渣铁成分

4.2 铬、钒平衡分配的热力学模型

4.2.1 基于共存理论的热力学模型的构建

4.2.2 V、Cr平衡分配比计算模型的构建

4.3 LCr和LV影响因素的计算和实验结果对比分析

4.4 小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 攻读学位期间发表的论文