铁精矿焙烧过程中氟化物生成的热力学与动力学

摘要

白云鄂博铁精矿一直作为包钢主要的含铁原料来生产烧结矿或球团矿,其矿物组成复杂,嵌布粒度细小,含氟量较高且同时含有碱金属钾和钠。铁精矿中的氟主要以萤石(CaF2)的状态存在,烧结生产的理论与实践都表明,在烧结过程中 CaF2的存在对烧结矿有如下影响:烧结液相的粘度低;表面张力差;烧结矿呈现疏松的多孔薄壁结构;氟、钾、钠的共同作用,使得烧结矿强度低;还原性差;易熔、易凝、难重熔;高炉软熔带较厚、透气性差。铁精矿中氟、钾、钠的交互作用,使包钢生产出的球团矿还原膨胀大、球团矿强度低、粉化严重。铁精矿中氟及碱金属的存在限制了高炉冶炼的强化,高炉利用系数低于普通烧结矿冶炼。铁精矿中的氟主要以气态氟化物及含氟粉尘的形式进入大气,成为包钢主要的氟污染源。因此,本课题对白云鄂博铁精矿焙烧过程中气态氟化物生成的热力学和动力学进行了研究,不仅为改进白云鄂博铁精矿焙烧或烧结工艺提供理论依据,而且为补充和完善特殊焙烧工艺带来理论指导;使含氟铁精矿的综合利用率得到提高。本论文主要分为两个部分:
　　第一部分结合 Factsage6.2热力学软件,对含氟铁精矿焙烧过程中气态氟化物的生成进行热力学计算,得出焙烧过程中,铁精矿中 CaF2与脉石中各组分反应生成气态氟化物的最低开始反应温度;并通过对比气相中各氟化物不同分压时的开始逸出温度,得出其生成的难易程度,按由易到难的顺序排列为:KF>NaF>SiF4>MgF2>AlF3。
　　第二部分在热力学计算的基础上,采用纯化学试剂,对以上最易进行的两个氟化物生成反应进行动力学实验;由于Na2O、K2O纯化学试剂较难获得,本实验选取Na2CO3、K2CO3代替。通过动力学实验分析得到气态 NaF、KF生成反应均为二级反应,且其反应活化能分别为86.833 KJ/mol、77.657KJ/mol;一般来说,大多数反应的活化能在40~400 KJ·mol-1范围内,在试样焙烧过程中,Ea值越大,速率常数k受温度的影响越强烈,反应在低温下不容易进行。所以,这两个反应的限制性环节均为界面化学反应。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

1文献综述

1.1氟及氟化物的性质

1.2白云鄂博矿床简介

1.3 白云鄂博铁精矿特点

1.4氟对烧结矿的影响

1.5氟对球团矿的影响

1.6氟及氟化物逸出对环境的影响

1.7 选题的背景及意义

2 实验内容、方案及分析方法

2.1 实验内容

2.2 实验方案

2.4 实验设备

3 铁精矿焙烧过程中氟化物生成的热力学计算

3.1 CaF2与K2O反应生成KF的热力学计算

3.2 CaF2与Na2O反应生成NaF的热力学计算

3.3 CaF2与SiO2反应生成SiF4的热力学计算

3.4 CaF2与MgO反应生成MgF2的热力学计算

3.5 CaF2与Al2O3反应生成AlF3的热力学计算

3.6 CaF2与K2CO3反应生成KF的热力学计算

3.7 CaF2与Na2CO3反应生成NaF的热力学计算

3.8 气态氟化物逸出的热力学条件对比

3.9 本章小结

4白云鄂博铁精矿焙烧过程中氟化物生成的动力学分析

4.1 CaF2与Na2CO3反应生成NaF动力学分析

4.2 CaF2与K2CO3反应生成KF动力学分析

4.3本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢