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钒渣中尖晶石生长规律及钒渣钙化焙烧机理的研究

作　者: 李晓军
导　师: 谢兵
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 尖晶石 钙化焙烧 浸出率 转炉提钒
分类号: TF046.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 279次
引　用: 2次
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内容摘要


近年来,国际铁矿石价格逐年上涨,2011年4月品位在63%的铁矿石现货价格甚至超过了187美元/吨。相比较而言,国内铁矿石价格低廉,且运输成本低。为了缓解因进口矿价格上涨带来的压力,攀枝花成都钢铁公司（简称“攀成钢”）于2006年开展了高炉配加部分钒钛磁体矿工业试验并取得成功,不仅节约了成本,而且通过铁水提钒,实现了钒资源等有价金属的提取,培育了新的经济增长点。然而,由于高炉中钒钛磁铁矿配比较低,导致钒渣中V2O5品位仅为10%左右,对于这种低品位钒渣中的主要含钒物相—尖晶石相的生长规律及钒渣钙化焙烧机理研究,国内外鲜有报道,需要进行细致的研究。本文在分析攀成钢钒渣化学成分及物相结构基础上,采用实验与理论相结合的方法探究了钒铁尖晶石析出和长大的最佳热力学和动力学条件,得到了其结晶过程的表观活化能;同时,针对传统的钠化提钒法引起的环境污染问题,通过改变添加剂,即用CaO代替钠盐,达到了既降低环境污染又减少钠盐消耗的双重目的;并进一步系统研究了钒渣钙化焙烧—酸浸提钒工艺过程中各反应参数及主要组分对钒浸出率的影响,得到如下结论:①钒渣中尖晶石最佳生长温度为1523K左右;1523K保温5min,尖晶石平均粒径为9.83μm,随着保温时间的延长,尖晶石尺寸逐渐增大,100min时其平均粒径达到31.6μm,此时尖晶石生长基本完成;尖晶石生长过程可用JMAK方程近似描述,其表观活化能约为575kJ·mol-1。②采用D. Turnbull模型计算得到钒渣中尖晶石最佳生长温度区间为1507-1557K,与实验结果吻合较好;当渣中CaO、SiO2、TiO2分别在1.80-3.80%、16.4-20.4%、10.5-14.5%范围内变化时,成分变化对尖晶石最佳生长温度区间影响较小,但对其结晶速率常数影响较大。③钒渣钙化焙烧过程主要包括三个阶段:300-500℃,Fe2SiO4等橄榄石相的氧化分解及渣中少量自由FeO的氧化;500-600℃,FeV2O4等尖晶石的分解氧化;600-900℃,钒酸钙的形成及辉石分解;焙烧过程中CaO可与V2O5反应生成CaV2O6、Ca2V2O7、Ca3V2O8等多种形式的钒酸钙。④钒渣钙化焙烧—酸浸过程中,CaO/V2O3在1.1左右时,钒浸出率达到69.95%,接近钠化焙烧工艺水平;SiO2在20%左右时有利于提高钒浸出率;TiO2不利于钒浸出率的提高。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-26
  1.1 钒的概述  8-10
    1.1.1 钒的性质  8
    1.1.2 钒的分布  8-9
    1.1.3 钒的应用  9-10
  1.2 现代提钒工艺概述  10-17
    1.2.1 国内外提钒现状  10-12
    1.2.2 转炉提钒工艺进展  12-14
    1.2.3 钒渣质量研究现状  14-17
  1.3 熔体凝固理论及生长动力学研究  17-21
    1.3.1 熔渣中晶体析出与长大概述  17-18
    1.3.2 熔渣中晶体形核理论  18-19
    1.3.3 熔渣中晶体长大理论  19-20
    1.3.4 熔渣中晶体生长动力学  20-21
  1.4 钒矿钙化焙烧工艺研究现状  21-24
    1.4.1 石煤钙化焙烧工艺研究  22-23
    1.4.2 钒渣钙化焙烧工艺研究  23-24
  1.5 课题来源、背景及研究内容  24-26
    1.5.1 课题来源  24
    1.5.2 课题背景  24
    1.5.3 研究内容  24-26
2 钒渣中尖晶石生长实验研究  26-38
  2.1 引言  26-28
  2.2 实验方法  28-30
    2.2.1 实验原材料  28
    2.2.2 实验步骤  28-29
    2.2.3 实验分析方法  29-30
  2.3 实验结果与讨论  30-35
    2.3.1 钒渣物相形貌及元素赋存形式  30-32
    2.3.2 尖晶石尺寸随时间的变化  32-33
    2.3.3 尖晶石尺寸随温度的变化  33-35
  2.4 尖晶石长大动力学  35-36
  2.5 本章小结  36-38
3 钒渣中尖晶石生长模拟研究  38-50
  3.1 引言  38
  3.2 晶体形核及长大模型构建  38-41
    3.2.1 D. TURNBULL 模型简介及参数选择  38-40
    3.2.2 NPL 模型简介  40-41
  3.3 计算结果及分析  41-47
    3.3.1 黏度计算结果  41-42
    3.3.2 尖晶石形核及长大规律计算结果  42-44
    3.3.3 尖晶石生长温度确定  44-45
    3.3.4 组分对尖晶石生长行为影响研究  45-47
  3.4 本章小结  47-50
4 钒渣钙化焙烧机理研究  50-64
  4.1 钒渣钙化焙烧研究意义  50-51
  4.2 实验内容  51-52
    4.2.1 试样制备  51
    4.2.2 试样焙烧及浸出  51-52
    4.2.3 试样分析方法  52
  4.3 实验结果与讨论  52-63
    4.3.1 钒渣焙烧过程反应机理  52-55
    4.3.2 焙烧过程对钒浸出率的影响  55-57
    4.3.3 浸出过程对钒浸出率的影响  57-60
    4.3.4 组分对钒浸出率的影响  60-63
  4.4 本章小结  63-64
5 结论  64-66
致谢  66-68
参考文献  68-72
附录  72
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  72
  B. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录  72

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 一般性问题 > 冶炼原料及矿石预处理 > 矿石预处理、烧结、团矿 > 焙烧、煅烧
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