我國具有豐富的鈦資源，但由于礦物種類的特殊性以及生產(chǎn)技術的相對滯后，使得金屬鈦及鈦白的生產(chǎn)技術停滯徘徊。復雜的礦相組成、多組分共生以及含有Ca、Mg等堿土金屬雜質(zhì)給傳統(tǒng)的冶金流程帶來了很多棘手問題。目前所采用的電爐融分-濃硫酸工藝由于能耗高、“三廢”量大等問題已不符合我國低碳環(huán)保的發(fā)展要求，我國“十二五”計劃明確指出：力爭在2015年淘汰電爐熔煉高鈦渣、單產(chǎn)兩萬噸以下濃硫酸法鈦白生產(chǎn)線等落后產(chǎn)能。因此研發(fā)綠色、環(huán)保、高效的鈦冶煉提取技術成為我國冶金工作者的重要命題。本文以攀枝花鈦鐵礦為原料，結(jié)合冶金爐氣重整后所得富氫氣體，探索了富氫氣基直接還原鈦鐵礦制備富鈦料的工藝可行性，同時結(jié)合短流程的SOM法嘗試通過直接電解提取制備金屬鈦和鈦合金。本文以我國攀枝花鈦鐵礦為研究對象，以冶金含能爐氣的綜合利用為目標，進行了多組元富氫氣體直接還原的實驗研究。論文首先通過熱力學計算探討了還原過程中富氫氣體中各氣相組分可能發(fā)生的交互反應，同時運用大載荷熱重、氣相色譜和質(zhì)譜儀等設備對熱力學計算結(jié)果進行驗證；在此基礎上，通過研究單一氣體（氫氣或一氧化碳）和富氫混合氣直接還原過程，探討了富氫氣體直接還原過程的動力... 

【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：181 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
本文的主要創(chuàng)新點
目錄
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鈦鐵礦的研究及應用進展
        1.2.1 鈦鐵礦的組成及結(jié)構特點
        1.2.2 鈦鐵礦資源的分布
        1.2.3 鈦鐵礦的應用現(xiàn)狀
        1.2.4 短流程的 FFC 和 SOM 方法
    1.3 鈦鐵礦直接還原的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 碳熱固相還原
        1.3.2 氫氣直接還原
        1.3.3 一氧化碳直接還原
        1.3.4 鈦鐵礦還原過程的反應機理
    1.4 冶金爐氣的重整
    1.5 論文的研究目的和研究內(nèi)容
    參考文獻
第二章 實驗方法和樣品表征
    2.1 實驗原料和化學試劑
        2.1.1 實驗原料
        2.1.2 實驗試劑
    2.2 氣基直接還原實驗
        2.2.1 多元氣體直接還原熱重實驗
        2.2.2 還原過程中氣體交互作用的檢測實驗
    2.3 表征方法及儀器
        2.3.1 成分分析
        2.3.2 X 射線衍射分析
        2.3.3 掃描電鏡分析
        2.3.4 透射電鏡分析
        2.3.5 程序升溫還原(TPR)
        2.3.6 金相顯微鏡分析
        2.3.7 碳、硫含量分析
        2.3.8 顆粒粒度分析
    2.4 化學分析方法測定金屬鐵
        2.4.1 分析試劑的配置
        2.4.2 試樣制備
        2.4.3 測定步驟
        2.4.4 分析結(jié)果的計算
        2.4.5 分析方法的評價
    參考文獻
第三章 氣基直接還原鈦鐵礦熱力學分析及實驗驗證
    3.1 引言
    3.2 熱力學體系的主要反應和參數(shù)設置
    3.3 平衡體系的熱力學分析
    3.4 鈦鐵礦的氣基還原歷程
    3.5 熱力學分析的實驗驗證
        3.5.1 非等溫熱重分析
        3.5.2 XRD 物相分析對反應歷程的驗證
    3.6 氣相各組分的交互作用
        3.6.1 H_2與 CO 甲烷化反應
        3.6.2 積碳反應
    3.7 本章小結(jié)
    參考文獻
第四章 單一氣體組分的直接還原過程
    4.1 引言
    4.2 還原條件對樣品反應速率的影響
        4.2.1 氣體濃度對還原過程的影響
        4.2.2 反應溫度的影響
    4.3 還原產(chǎn)物的物相分析
    4.4 還原過程中鈦鐵礦的微結(jié)構轉(zhuǎn)變
        4.4.1 氫氣還原鈦鐵礦的微觀形貌
        4.4.2 一氧化碳還原鈦鐵礦的微觀形貌
    4.5 單一氣體還原過程動力學
        4.5.1 直接還原過程數(shù)學模型的建立
        4.5.2 單一氣體直接還原數(shù)學模型的求解
        4.5.3 數(shù)學模型的驗證
    4.6 本章小結(jié)
    參考文獻
第五章 富氫混合氣體的直接還原過程
    5.1 引言
    5.2 反應條件對混合氣體還原速率的影響
        5.2.1 反應溫度對還原過程的影響
        5.2.2 氣體組成對還原過程的影響
    5.3 還原過程中物相轉(zhuǎn)變及微結(jié)構的變化
        5.3.1 還原過程中的物相轉(zhuǎn)變
        5.3.2 還原過程中的礦物微結(jié)構的變化
        5.3.3 還原過程中的元素分布
    5.4 混合氣體直接還原動力學
        5.4.1 H_2-CO 混合氣體還原數(shù)學模型的提出
        5.4.2 H_2-CO 混合氣體直接還原動力學模型的求解
        5.4.3 混合氣體還原反應活化能的計算
    5.5 富氫氣基直接還原過程中的氣相交互反應
    5.6 本章小結(jié)
    參考文獻
第六章 預氧化強化鈦鐵礦氣基還原過程
    6.1 引言
    6.2 鈦鐵礦的預氧化
        6.2.1 非等溫氧化過程
        6.2.2 反應條件對氧化過程的影響
        6.2.3 氧化過程中的物相轉(zhuǎn)變規(guī)律
        6.2.4 氧化過程中礦物微結(jié)構的變化
    6.3 氧化鈦鐵礦的氣基還原過程
        6.3.1 原始礦物與氧化鈦鐵礦的氣基還原比較
        6.3.2 氧化鈦鐵礦的等溫氣基還原
        6.3.3 氧化礦還原過程中的物相轉(zhuǎn)變規(guī)律
        6.3.4 還原過程中微結(jié)構的變化
        6.3.5 氧化鈦精礦的氣基還原動力學
    6.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第七章 基于富氫氣體直接還原鈦鐵礦制取富鈦料及鈦合金的新工藝
    7.1 引言
    7.2 氧化鈦精礦豎爐還原的數(shù)值模擬
        7.2.1 逆流氣固反應器模型的建立
        7.2.2 各數(shù)值模擬參數(shù)的定義
        7.2.3 質(zhì)能平衡方程和邊界條件的確定
        7.2.4 模擬結(jié)果的分析
    7.3 鈦鐵濕法分離的研究
        7.3.1 還原銹蝕法鈦鐵分離的基本原理
        7.3.2 影響銹蝕分離的影響因素
        7.3.3 FeCl_3-HCl 銹蝕過程中的電化學反應
    7.4 直接電脫氧用于鈦鐵礦制備鈦合金
        7.4.1 鈦鐵礦直接電解提取鈦鐵合金
        7.4.2 富氫氣基還原產(chǎn)物直接電解提取鈦合金
    7.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第八章 結(jié)論與展望
作者在攻讀博士學位期間所取得的成果
作者在攻讀博士學位期間所參與的項目
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]BCFNO透氧膜反應器所用催化材料的選擇分析[J]. 楊志彬,丁偉中.  功能材料. 2012(24)
[2]以鈦精粉為載體由CO歧化反應制備納米碳管[J]. 司新國,魯雄剛,肖瑋,危雪梅.  材料科學與工藝. 2012(06)
[3]氧化劑對低濃度硫酸溶解鈦鐵礦的影響[J]. 曾懋華,王小兵,龍來壽,奚長生.  韶關學院學報. 2012(06)
[4]Phase transformation and reduction kinetics during the hydrogen reduction of ilmenite concentrate[J]. Xin-guo Si 1,2),Xiong-gang Lu 1),Chuan-wei Li 1),Chong-he Li 1),and Wei-zhong Ding 1) 1) Shanghai Key Laboratory of Modern Metallurgy and Materials Processing,Shanghai University,Shanghai 200072,China 2) Hebei Iron and Steel Group Tangshan Steel Company,Tangshan 063020,China.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(05)
[5]透氧膜反應器內(nèi)NiO/MgO催化焦爐煤氣重整反應途徑[J]. 楊志彬,丁偉中.  物理化學學報. 2012(04)
[6]還原鈦鐵礦中金屬鐵銹蝕反應速率過程的強化[J]. 郭宇峰,劉霞,邱冠周,姜濤.  中南大學學報(自然科學版). 2012(03)
[7]天然金紅石粉體沸騰氯化工藝條件優(yōu)化研究[J]. 牛麗萍,張廷安,呂國志,倪培遠,梁曦斌,歐陽全勝,孟德龍,蔣孝麗.  過程工程學報. 2011(06)
[8]鈦鐵礦原礦預處理探索試驗研究[J]. 尹飛,阮書峰,揭曉武,王成彥.  礦冶. 2011(03)
[9]焦爐煤氣在透氧膜反應器中的重整機理[J]. 丁偉中,沈培俊,楊志彬,郭曙強,張玉文,汪學廣,吳成章,魯雄剛.  上海大學學報(自然科學版). 2011(04)
[10]機械活化強化礦物浸出過程的研究進展[J]. 姚金環(huán),黎鉉海,潘柳萍,李志強.  現(xiàn)代化工. 2011(07)

博士論文
[1]釩鈦磁鐵礦綜合利用新流程及其比較研究[D]. 黃丹.中南大學 2012
[2]釩鈦鐵精礦轉(zhuǎn)底爐直接還原—電爐熔分工藝與理論研究[D]. 劉松利.重慶大學 2010
[3]高鈣鎂電爐鈦渣制備優(yōu)質(zhì)人造金紅石的研究[D]. 董海剛.中南大學 2010
[4]焦爐煤氣催化轉(zhuǎn)化制氫鎳基催化劑的研究[D]. 程紅偉.上海大學 2009
[5]高鈣鎂鈦精礦制備高品質(zhì)富鈦料新工藝及理論研究[D]. 黃孟陽.昆明理工大學 2008
[6]釩鈦磁鐵礦固態(tài)還原強化及綜合利用研究[D]. 郭宇峰.中南大學 2007



本文編號：3200750