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酸性钒钛渣还原及高硅铁水提钒的动力学研究

作　者: 王彩艳
导　师: 朱苗勇
学　校: 东北大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 酸性钒钛渣动力学模型含钒铁水提钒
分类号: TF841.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

铁浴法熔融还原具有传质条件好、反应速度快、冶炼周期短等优点,为冶炼钒钛磁铁矿开辟了一条新途径。对含钒铁水进行氧化提钒,得到高品位钒渣有利于钒资源的高效利用。本文实验研究了碳饱和铁液和CaO-FeO-SiO2-TiO2-Al2O3-MgO-V2O5渣系中钒、钛氧化物的还原规律,并运用双膜理论建立了钒钛氧化物还原的动力学模型,获得了温度1580℃,渣铁比1：4,初始V2O5含量1.9%,初始TiO2含量45%的条件下,钒、钛氧化物还原反应的速率方程,即-d(%V2O3)/dt=4.91×104(%V203)-4.99x10-5,-d(%Ti02)/dt=6.84×10-5(%Ti02)-2.90×10-3。发现在钒还原反应达到平衡之前,钒钛的还原均为表观一级反应,表观活化能分别为370.94kJ/mol和193.76kJ/mol,反应的限制性环节为渣中钒、钛的扩散。理论模型与实验数据基本吻合,所提出数学模型较真实地反映实验规律。运用模型分析了反应时间、温度、渣铁比等因素对钒钛氧化物还原的影响,获得了以下结论：(1)钒优先于钛还原,1580℃时,钒的还原在100min左右即可达平衡,而钛的还原远没有达到平衡。要使得钒的还原率大于80%,反应时间应长于60min。但为了抑制Ti的还原,反应时间也不宜太长,反应时间应控制在60-80min。(2)温度越高,对钒和钛的还原越有利。为了达到扬钒抑钛的目的,温度应控制在1540-1580℃。(3)较小的渣铁比对钒、钛的还原都会有促进作用,但是对钛的影响较大,应控制在1：4左右。(4)渣中初始V2O5含量的提高和TiO2含量的降低,都会促进钒的还原。本文还实验研究了高硅含钒铁水(V：0.2-0.4%,Si：0.6-1.0%)被氧化的动力学规律,并考察了温度、铁水中初始Si、V含量等因素对钒氧化的影响。实验表明：(1)在1350℃时,钒的氧化在20-25min即可达到平衡,氧化率为88%。(2)温度的提高,会加速钒的氧化,但当温度大于碳钒转化温度时,钒会发生逆还原反应,综合考虑温度应控制在1350℃-1400℃。(3)铁水中初始V含量和Fe2O3质量的增加,都会促进钒的氧化。铁水中Si含量的增加会钒的氧化有抑制作用。(4)钒的氧化为表观一级反应,表观活化能为122.47kJ/mol,反应的限制性环节为渣中钒的扩散。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-26
  1.1 钒钛矿的概况  10-17
    1.1.1 钒钛矿的资源优势  10-11
    1.1.2 钒钛矿的用途  11
    1.1.3 攀钢钒钛磁铁矿综合利用现状  11-15
    1.1.4 钒钛渣还原动力学的基础研究  15-17
  1.2 钒提取冶金的工艺及现状  17-24
    1.2.1 钒的性质和用途  17-18
    1.2.2 钒提取的主要方法  18-20
    1.2.3 攀钢从钒钛磁铁矿提取钒的工艺概述  20-23
    1.2.4 钒提取基础研究  23-24
  1.3 研究的意义和内容  24-26
    1.3.1 研究意义  24-25
    1.3.2 研究内容  25-26
第2章酸性钒钛渣还原的动力学研究  26-48
  2.1 实验方法  26-28
    2.1.1 实验原料  26
    2.1.2 实验装置  26-27
    2.1.3 反应方法的选择  27-28
    2.1.4 实验步骤和分析方法  28
  2.2 实验结果与讨论  28-31
    2.2.1 渣中V价态的确定  28-29
    2.2.2 不同温度下钒氧化物、钛氧化物的还原规律  29-31
  2.3 钒钛渣中钒还原动力学模型的建立  31-41
    2.3.1 模型的建立  31-35
    2.3.2 模型的实验验证  35-41
  2.4 钒钛渣中钛还原动力学模型的建立  41-47
    2.4.1 模型的建立  41-43
    2.4.2 模型的实验验证  43-47
  2.5 本章小结  47-48
第3章高硅铁水提钒的动力学研究  48-58
  3.1 实验方法  48-49
    3.1.1 实验原料  48
    3.1.2 实验装置  48
    3.1.3 实验步骤和分析方法  48-49
  3.2 实验结果与讨论  49-56
    3.2.1 高硅铁水钒-碳选择性氧化临界温度的热力学计算  49-51
    3.2.2 各因素对高硅铁水提钒的影响  51-55
    3.2.3 高硅铁水提钒的动力学分析  55-56
  3.3 本章小结  56-58
第4章结论  58-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
文中包含图、表、公式及文献  65

酸性钒钛渣还原及高硅铁水提钒的动力学研究

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