含钒铁水钛、钒氧化的热力学分析

摘要

我国含有大量的钒钛磁铁矿,其中钒、钛元素在工业上有着十分重要的战略意义。目前我国主要的利用方式是利用高炉从钒钛磁铁矿中冶炼出含钒铁水,然后经过转炉氧化生成钒渣,再利用湿法冶金的方法从钒渣中提取V2O5。此工艺忽略了钛元素的提取,并且钒渣的质量也会受到氧化物的影响。本文以热力学理论为依据,对含钒铁水中各元素的氧化进行了分析,得到钒、钛氧化有利的热力学条件,并计算了钒的转化温度,得到最佳的提钒温度,钒渣主要组分的存在形式。用 FactSage平衡计算含钒铁水中各元素随 O2、CO2、FeO不同加入量的变化规律,及其对钒渣基础渣系的相组分及平衡关系进行研究,得到以下结论:
　　(1)对含钒铁水中各元素氧化反应进行了机理分析,得到钒氧化的热力学条件为熔池的反应温度较低有利于钒的氧化,铁水成分中硅含量越高越不利于钒的氧化。理论计算了钒的转化温度,得到最佳的提钒温度为1380℃附近。通过热力学数据分析钒、钛、锰、硅在钒渣中的存在形式为V2O3、TiO2、MnO、SiO2。
　　(2)通过 FactSage平衡计算,可得氧气为2％(1.399L)时,二氧化碳为14％(7.143L),氧化亚铁为2％时,钛的氧化基本达到平衡,钛的氧化率87.36％、89.47％、86.84％,钒还没开始氧化,这时可以得到很好的钛渣,计算表明,较容易控制钒钛选择性氧化的是二氧化碳作为氧化剂,然后将钛渣撇出,继续加入氧化剂,使钒氧化反应达到平衡,根据钒的氧化率一定,氧化剂的比较可得氧化亚铁的用量最少,并且钒的氧化率较高,为89.28％。
　　(3)根据对钒渣基础渣系 FeO-SiO2-TiO2(V2O3)伪四元系相图的研究,对其中的子二元系 FeO-SiO2、FeO-TiO2、SiO2-TiO2系相图的计算和分析验证,发现特征转变点的温度、体系的复合化合物及结构,均与计算相吻合,说明相图计算的准确和可靠性,通过对FeO-SiO2-TiO2(V2O3)等温截面的计算,得出钒渣在1300℃、1350℃、1400℃的等温截面。FeO-SiO2-TiO2三元相图的计算可知,1300℃时,固相区较多,主要的固体化合物有郁氏体、钛铁矿、钛尖晶石、金红石、铁板钛矿,仅在SiO2含量为15％-40％, FeO含量在40％-85％的区域内,出现了液相,温度升高到1350℃,液相区增大, Fe2SiO4均是液相形式存在,在1400℃时,靠近 FeO顶角的残留 FeO均变成了液相。加入了V2O3以后的伪四元相图,可以看出所有液相区都加入钒酸铁相。

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引言

1 文献综述

1.1 国内外钒资源的分布

1.2 钒的简介及应用

1.3 攀钢转炉提钒的工艺

1.4 钒渣的物相组成与质量的影响因素

1.5 冶金渣系相图的研究概况

1.6 FactSage软件的应用

2 本课题研究目的和内容

2.1 课题背景

2.2课题研究的目的和内容

3含钒铁水各元素氧化反应的热力学分析

3.1 分析攀钢铁水成分

3.2 含钒铁水中钛、硅、锰、钒氧化反应的热力学

3.3 钒氧化的热力学与转化温度的计算

3.4 钒渣的形成分析

4 FactSage计算含钒铁水各元素的氧化规律

4.1 FactSage平衡计算含钒铁水中各个元素的氧化

4.2 比较分析平衡计算结果

4.3 FactSage平衡计算小结

5 用相图对钒渣进行热力学分析

5.1 FeO-SiO2-TiO2三元系相图

5.2 FeO-SiO2-TiO2系三元相图等温截面图

5.3 FeO-SiO2-TiO2三元系内各子二元系相图

5.4 1300℃，加入13%V2O3渣系FeO-SiO2-TiO2的变化

结论

参考文献

在学研究成果

致谢