【摘要】：我國鈦資源豐富,占世界第一位,但是我國鈦資源的利用率卻很低。自20世紀60年代開始,我國投入了大量的人力物力財力研究攀枝花含鈦高爐渣的綜合利用,盡管取得了一些科研成果,但是仍然難以實現(xiàn)攀枝花含鈦高爐渣的大規(guī)模綜合利用。同時,目前的大量研究主要集中于應(yīng)用研究,基礎(chǔ)理論研究缺乏。因此,本論文選擇碳化還原法提取攀枝花含鈦高爐渣中的TiC,設(shè)計工藝流程,完成攀枝花含鈦高爐渣中有價元素的綜合回收利用。同時,通過粘度測定和拉曼光譜分析法從性質(zhì)和結(jié)構(gòu)兩方面解釋了鋁還原過程中渣-金分離困難的原因：通過改變碳顆粒粒度以及使用氣體分析儀進行了碳化還原過程中TiC的形成過程的研究以及碳化過程中的動力學(xué)分析：通過粘度測定研究了碳化還原過程中TiC固體顆粒的形成對高爐渣粘度的影響。取得的研究成果如下：1、在原有的研究基礎(chǔ)上,提出新的工藝流程并加以驗證。主要步驟包括：預(yù)處理、配料、碳化還原、水冷、酸浸、堿浸。利用掃描電鏡,X射線衍射等技術(shù)手段研究碳化還原過程,研究發(fā)現(xiàn)：當還原溫度高于1773K后,還原產(chǎn)物中的MgAl2O4相消失,主相為TiC；含鈦高爐渣的還原速率隨著溫度的升高而增大,隨著碳比的增大而增大(碳比不大于1.0);TiC有可能是在Fe表面形核,與Fe緊密結(jié)合在一起。進行酸浸和堿浸實驗,研究發(fā)現(xiàn)：在同一濃度下,酸浸失重率隨著溫度的增加而增大;在同一溫度下,酸浸失重率隨著HCI濃度的增大而增大,但是高于25%以后失重率增大幅度變�。核峤磻�(yīng)的控速環(huán)節(jié)是界面化學(xué)反應(yīng),得到反應(yīng)的表觀活化能為23～32 kJ/mol;堿浸濃度越高,溫度越高,浸出時間越短。堿浸反應(yīng)的控速環(huán)節(jié)是界面化學(xué)反應(yīng),得到反應(yīng)的表觀活化能為40～51 kJ/mol。2、通過改變碳顆粒粒度以及使用氣體分析儀進行了碳化還原過程中TiC的形成過程的研究以及碳化過程中的動力學(xué)分析,研究發(fā)現(xiàn)：采用兩種不同粒度的碳顆粒(0.05～0.055mm和0.15～,0.166mm,在相同的條件下對含鈦高爐渣進行還原,得到的TiC的粒度大致相同。也就是說,碳顆粒的形貌對TiC并沒有遺傳性。碳熱還原反應(yīng)的控速環(huán)節(jié)是界面化學(xué)反應(yīng),得到反應(yīng)的表觀活化能為69.16kJ/mol。3、通過粘度測定和拉曼光譜分析法從性質(zhì)和結(jié)構(gòu)兩方面解釋了鋁還原過程中渣-金分離困難的原因,研究發(fā)現(xiàn)：在鋁熱還原過程中,CaO-MgO-Al2O3-SiO2-TiO2體系的粘度隨著Al2O3/TiO2的增大而增大；拉曼光譜分析表明,TiO2含量在3～17 mol%范圍內(nèi),TiO2主要以[TiO4]的形式存在于體系中,含有少量的[TiO6]八面體結(jié)構(gòu)單元；隨著Al2O3不斷替代TiO2,一方面,體系中[TiO4]單體結(jié)構(gòu)不斷減少,另一方面,由于堿性氧化物CaO進行電荷補償,使更多的Al2O3進入SiO2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致體系聚合度的增大。因此,隨著鋁還原反應(yīng)的進行,Al2O3/TiO2比率不斷增加,體系的粘度會增加。因此,渣-金分離變得困難。4、研究非均相熔體的性質(zhì)—碳化物TiC對熔渣粘度的影響規(guī)律,研究發(fā)現(xiàn)：對于相同體積分數(shù)的TiC添加,TiC的粒徑越小,粘度越大；無論有無TiC固體顆粒的熔體,粘度與溫度的關(guān)系總是遵循Arrhenius定律；熔體粘度隨著TiC含量的增加而增加,隨著轉(zhuǎn)速的增加而減少,表現(xiàn)為剪切變薄熔體。同時,溫度對于含TiC的非均相熔體的相對粘度幾乎沒有影響。通過與模型計算粘度的比較,TiC固體顆粒對粘度的影響遠遠大于根據(jù)描述非均相熔體粘度的Einstein-Roscoe方程計算的粘度。如果使Einstein-Roscoe方程的參數(shù)隨轉(zhuǎn)速和TiC的粒徑變化,可以取得不錯的計算結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X757
【圖文】：

６N２實巧方法逡逑根據(jù)（式６－１）和（式６－２），采用兩種不同粒度的碳顆粒進行碳化還原逡逑反應(yīng)，碳顆粒分別為０．０５￣０．０５５ｍｍ和０．１５－０．１６６ｍｍ。逡逑將混好的渣樣放于氧化錯巧蝸，設(shè)定Ｈ個恒溫溫度，分別為化７３Ｋ，１７７３Ｋ，逡逑化７３Ｋ，待溫度達到設(shè)定要求，將巧巧在商溫下放入，恒溫４小時后，分別逡逑取出進行水巧冷卻。碳化后渣樣分別進行ＸＲＤ和ＳＥＭ檢測分析其物相組逡逑成和形貌特征。逡逑另外，為了研巧碳化反應(yīng)的動力學(xué)，準備了不同溫度下不同反應(yīng)時間的逡逑渣樣。由（式６－１）和（式６－２）確定碳與渣樣的比例為１１．６３：１００邋（質(zhì)量比），逡逑溫度仍采用化７３Ｋ，邋１７７３Ｋ，化７３Ｋ。反應(yīng)產(chǎn)生的氣體由氣體分析儀（型號：逡逑ＸＬＺ－１０９０）進行測定。氣體分析儀采用３００ｍｌ７ｍｉｎ的氨氣進行保護。逡逑６．２實驗結(jié)果逡逑

２０（ｄ巧巧ｅ）逡逑田６－２邋１８７３Ｋ還巧反應(yīng)后渣樣的ＸＲＤ分析逡逑圖６－３（ａ）－（ｆ）為在不同溫度下采用不同粒度的碳顆粒還原反應(yīng)后渣的逡逑ＳＥＭ結(jié)果。圖片顯示有白色，灰色，黑色＝種區(qū)域。為了進一步確認物相，逡逑進行了能譜分析。１７７３Ｋ邋（Ｃ顆粒粒度為化１５￣０．１６６ｍｍ）下還原后的ＳＥＭ圖逡逑片Ｗ及ＥＤＳ結(jié)果如圖６－４所示。區(qū)域１包含％．７％的Ｆｅ，表明白色的區(qū)域為逡逑Ｆｅ相。區(qū)域２由７８．９６％Ｔｉ，１１．６８％Ｃ組成，表明灰色為Ｔｉｅ物相。區(qū)域３有逡逑很多元素組成，其中邋３４．１０％邋０，邋２５．２９％邋Ａ１，２０．８８％邋Ｃａ，邋８．４７％邋Ｓｉ，邋NB３０％邋Ｔｉ，逡逑１．９６％邋Ｍｇ等，表明黑色區(qū)域為還原反應(yīng)后Rp余的渣相。逡逑由上結(jié)果對比可Ｗ看出雖然采用了不同粒度的碳顆粒，但是ＴｉＣ的尺逡逑寸并沒有發(fā)生明顯變化

氣體速率最大時為反應(yīng)開始時間。因此，本部分分析將上升過程舍去，從Ｃ０逡逑生成速率最大時為反應(yīng)起始點，即為０時刻。據(jù)此作圖可得到不同溫度下Ｃ０逡逑的生成速率曲線，如圖６－６所示？從圖中可Ｗ看出溫度巧巧，其生成速率越逡逑快。逡逑Ｉ逡逑

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本文編號：2767512