高铬型钒钛磁铁矿氧化焙烧过程有价组元耦合作用及固结机理

摘要

钛、钒、铬是高铬型钒钛磁铁矿中三种重要的有价组元。为了研究钛、钒、铬对高铬型钒钛磁铁矿球团氧化焙烧的影响，本实验研究了钛、钒、铬单组元及多组元对氧化球团冶金性能的耦合作用机理，重点考察了其对氧化球团抗压强度及还原膨胀的影响规律。在此基础上，为了进一步探索有价组元在氧化焙烧过程中的迁移作用规律及对球团氧化固结的影响机制，本实验选取攀枝花普通钒钛磁铁矿、俄罗斯高铬型钒钛磁铁矿、红格高铬型钒钛磁铁矿三种典型的钒钛磁铁矿进行氧化固结机理研究。重点考察了抗压强度随温度的变化规律，分析了氧化过程中的物相组成及内部结构变化，深入探讨了钒钛球团的氧化固结机理。 (1)随TiO2、 V2O5、Cr2O3含量增加，成品球团的抗压强度均呈下降趋势，TiO2降低强度的影响最小（每增加1％TiO2，强度降低499N），Cr2O3降低强度的作用最明显（每增加1％Cr2O3，强度降低6945N）。且当TiO2、V2O5、Cr2O3含量由0％（基准）分别增至2.50％、0.25％、0.20％时，抗压强度大幅降低，而后继续分别增加其含量，球团强度变化相对较小。TiO2有助于降低球团的还原膨胀率，而V2O5、Cr2O3含量增加对球团膨胀产生不利影响。 (2) TiO2&V2O5耦合作用时，增大V2O5或TiO2含量，球团抗压强度不断降低，两者降低球团强度的作用得到强化;而球团还原膨胀率逐渐增大，在实验条件下，V2O5恶化膨胀的作用大于TiO2改善膨胀的作用。TiO2&V2O5&Cr2O3三者耦合作用时，进一步加重了三者降低球团强度的作用，高钛(12.5％)低钒(0.5％)含铬球团强度降低较为明显;而低钛(5.0％)高钒(1.0％)含铬球团的膨胀率均高于二元作用下的膨胀率。 (3)加入的TiO2、V2O5、Cr2O3在球团氧化焙烧过程中的迁移途径如下:TiO2→FeTiO15, FeTiO3, Fe2TiO5, MgTiO3; V2O5→V2O3,(Cr0.15V0.85)2O3;Cr2O3→(Fe0.6Cr0.4)2O3,(Cr0.15V0.85)2O3。 (4)与普通钒钛矿及俄罗斯高铬型钒钛矿相比，红格高铬型钒钛矿剧烈的氧化反应在较低温度下进行，氧化分为两个阶段进行，且氧化固结终了温度较低。红格钒钛矿球团在氧化过程中物相变化为:Fe3O4→Fe2O3; Fe2.75Ti0.25O4→ Fe9TiO15+FeTiO3→Fe9TiO15; Fe2VO4→(Cr0.15V0.85)2O3; FeCr2O4→(Fe0.6Cr0.4)2O3+Cr1.3Fe0.7O3+(Cr0.15V0.85)2O3;其氧化固结过程可分为三个阶段:第一阶段（氧化第一阶段），焙烧温度低于500℃;第二阶段（氧化第二阶段），焙烧温度为500～900℃;第三阶段（赤铁矿再结晶聚晶长大-固结阶段），焙烧温度为900～1200℃。