钛精矿碳热还原制备碳氮化钛的研究

以钛精矿和石墨为原料,在氮气气氛下通过碳热还原法制备出碳氮化钛(Ti CN)粉体。结合XRD、SEM、化学成分分析和TG-DSG综合热分析研究了配碳量及反应温度对钛精矿碳热还原进程的影响。研究结果表明,配碳量的增加影响逐级还原反应温度以及反应总失重,当配碳量达到23%时碳氮化钛产物中出现游离碳。钛精矿碳热还原过程中铁氧化物优先还原,钛氧化物经逐级还原形成Ti CN,还原顺序为Ti O2→Ti4O7→Ti3O5→Ti N→Ti(C,N,O)→Ti CN。得到的碳氮化钛粉体呈微米级不规则形状。     

攀枝花钛精矿真空碳热还原热力学模拟研究

在不同温度、体系压力和配碳量条件下,采用Fact Sage软件研究攀枝花钛精矿的真空碳热还原过程。结果表明:当温度为1 550℃,配碳量为12%时,随着压力的降低,挥发进入气相的各成分的总质量增加且渣相中的杂质含量降低,有利于提高还原反应进行的程度,获得高品质钛渣产物;当压力为100 Pa,温度为1 550℃时,随着配碳量的增加,有利于提高反应的还原效果;当压力为100 Pa,配碳量不变的条件下,温度高于1 300℃时,气相中开始出现Mg、Si O、Mn蒸气。当温度升高到1 700℃时,气相和渣相中各成分的含量趋于一个定值,渣中主要氧化物为Ti O2和Ti2O3,此时钛渣品位高达88%。     

钒钛磁铁矿碳热还原的实验研究

采用熔融还原方式还原钒钛磁铁矿,借助化学分析和XRD等分析方法,考察了配碳量及供碳方式对钒钛还原的影响。研究表明：采用固体碳还原,随着配碳量的增加,铁中的[Ti]和[V]的质量分数均不断增加;不同的供碳方式对还原会产生很大影响,采用混合供碳方式还原效果最好,钒钛质量分数分别达到了0.221%和1.22%;钛在还原过程中有一定的脱硫能力,随着铁样中钛质量分数的增加,铁样中硫质量分数不断降低;随着Ti还原量的增加,V还原量也不断增加。     

电铝热还原法制备TiAl合金理论及试验研究

以钛白粉为原料,采用电铝热还原的方法一步合成制备Ti Al合金。研究了不同温度和不同配铝量对渣—金分离,渣系的物相,合金组织、成分和物相的影响规律。通过理论分析可以看出,焙烧温度提高,渣的黏度降低,有利于实现渣金分离,从试验研究可以看出,温度为1 550℃时渣金分离效果较好;配铝量对还原渣和合金的成分有较大影响,配铝量不足,渣中有较多的低价钛氧化物存在,导致渣的熔点升高和黏度增大,Al/Ti O20.7时,渣—金分离较好;配铝量增加提高了合金收率及钛收率,且使钛铝合金中铝含量增加及物相发生转变,Al/Ti O2=0.7,合金中的主要物相Ti Al和Ti3Al,Al/Ti O2=0.9时,主要物相为Ti Al和Ti Al3。通过XRD、SEM和能谱分析可以看出,合金中夹杂的渣的主要物相为Ca Al4O7。     

钒钛磁铁矿含碳球团的还原机制

 以转底炉工艺为基础,对不同配碳比、不同焙烧温度、不同焙烧时间条件下的金属化球团宏观形貌和内部组织结构进行分析研究。结果表明：随着还原温度的升高,Ti在球团中由集中分布到均匀分布再到集中分布,与Fe逐渐分离,而Ti与Mg的分布状态几乎相同,且V的赋存形态几乎与Ti一致。通过扫描电镜观察及分析得知,随着还原温度的升高,球团孔隙度降低,这在一定程度上影响了还原反应的继续进行。还原时间为20~40min时,Fe与Ti、V基本能够分开,Mg与Ti则基本互溶在一起,走向一致。无论在何种配碳比的条件下,球团中均出现了金属铁和(Fe,Mg)Ti2O5,而黑钛石的存在限制了金属化率的进一步升高,且当配碳比增加到1.3时,球团中出现了新相TiC0.2N0.8。     

高钙镁钛精矿沸腾氯化制备TiCl4的热力学及动力学

针对高钙镁钛精矿难以满足沸腾氯化制备四氯化钛工艺问题,从热力学和动力学角度对高钙镁钛原料碳热还原—沸腾氯化制备TiCl4工艺进行了深入研究。结果表明：钛精矿高温碳热还原历程为：FeTiO3 → TiO2+Fe → TinO2n-1(n=4~9)+Fe → Ti3O5+Fe → Ti2O3+Fe → TiCxO1-x+Fe,碳氧钛生成的温度必须高于1 400 ℃,此时钛精矿中的Ca、Mg、Al、Si、Mn等杂质元素在1 800 ℃以内都不会被还原为对应的碳化物;高钙镁钛铁矿精矿碳热还原制备碳氧钛过程中,失重率随温度升高呈现4阶段上升,其中阶段1和3分别为受扩散控制生成金属Fe和碳氧钛的快速失重段,而阶段2和4分别为金属Fe和碳氧钛形核长大的缓慢失重阶段,4个阶段的表观活化能分别为49.84、—2.24、12.82、—2.53 kJ/mol。沸腾氯化过程还原产物中的Fe、MgO和CaO均会优先被氯气氯化,但当存在TiO2时,SiO2和Al2O3则不易被氯化,碳氧钛较适宜沸腾氯化的温度为300~650 ℃,沸腾氯化前5 min为还原产物中碳氧钛的快速氯化阶段,主要受表面化学反应的控制,而后5~20 min为Ti2O3的缓慢氯化阶段,主要受颗粒内部扩散控制的影响。     

含钛铌铁精矿含碳球团直接还原试验研究

用含钛铌铁精矿粉和无烟煤作为原料,在实验室条件下,系统研究了碱度、还原温度、还原时间、配碳量(C/O摩尔比)等因素对含钛铌铁精矿含碳球团还原过程的影响。研究结果表明,当调整碱度R=1.0,碳氧比C/O=1.0,还原温度为1 100℃,还原时间为20 min时,其金属化率达到86.31%,还原效果较好。本文可为含钛铌铁精矿转底炉煤基直接还原工艺的开发提供参考。     

直流电弧炉冶炼钛渣中元素分配的研究

借助多相、多成分体系中化学平衡计算法,对冶炼过程中钛、碳及伴生元素的分配行为进行了研究,并用生产结果加以验证,计算结果与实验结果较吻合。分析了配碳比(AIR)对Ti,C,Ca,Mg,Si,Al等元素分配的影响。结果表明:AIR对钛渣和铁水中元素的分配行为有重要的影响。随AIR的增加,钛渣中TiO2,MgO,CaO,Al2O3,SiO2的质量分数呈增加趋势,而FeO的质量分数呈降低趋势;金属中各元素的含量增加,表现为金属元素摩尔分数逐渐增加;参与还原TiO2和FeO的C量和固溶成为微量元素的C量增加,而AIR对参与还原Fe2O3的C量影响较小。富集在钛渣中的杂质有SiO2,MnO,V2O5。当AIR由120增加到134 kg·t-1时,钛渣中TiO2的质量分数由83.8%增加到91.77%,FeO的质量分数由14.7%降低到6.25%;铁水中铁的含量由6.25 kmol增加到7.08 kmol,碳的含量由0.97 kmol增加到1.09 kmol;参与还原TiO2和FeO的C量增加了约13%。可调整AIR来实现熔体中氧化物的选择还原。对钛渣还原冶炼过程中元素分配行为的研究,可实现对工艺的更好控制、提高钛渣品位。     

空气气氛下钒钛铁精矿碳热还原制备Fe-Ti(C,N)复合粉末

以钒钛铁精矿和煤粉为原料,在空气气氛下通过碳热还原法制备Fe-Ti(C,N)复合粉末。通过还原产物X射线衍射分析,对空气气氛下还原温度和配碳量对钒钛铁精矿碳热还原的反应过程以及物相演变进行了研究。结果表明,随着温度的升高,反应过程中的物相演变过程为:Fe_3O_4→Fe,Fe TiO_3→Fe Ti_2O_5→Ti_4O_7→Ti_2O_3→Ti(C,N),配碳量是使反应体系处于气相平衡的关键因素。在配碳量25%时,体系内CO、CO_2和N2的分压不能达到平衡或维持反应平衡的时间很短,钒钛铁精矿不能被还原或只能部分被还原为Ti(C,N)。在还原温度1 500℃,还原时间30 min,配碳量30%的条件下,还原产物中Ti C_(1-x)N_x的颗粒尺寸约为3μm,Ti C_(1-x)N_x的C/N值为0.491 5,x=0.67。     

真空碳热预还原-盐酸浸出钛精矿制备人造金红石的研究

本文以钛精矿为原料进行真空碳热预还原-盐酸浸出实验，并分析真空碳热还原温度对金属失重率、金属化率、炉内压强以及Fe、Si和Mg挥发情况的影响，以及研究盐酸浸出中不同固液比、盐酸浓度、酸浸时间对人造金红石品位的影响，从而得到真空碳热预还原-盐酸浸出钛精矿制备人造金红石方法的最佳反应条件。试验结果表明，随着还原温度升高，金属化率和失重率逐渐增加，Fe、Si和Mg的挥发率逐渐增大，还原温度选择1 500℃为宜；盐酸浸出最佳条件为盐酸浓度15%、固液比1∶5、酸浸时间20 min、搅拌速度120 r/min。真空碳热预还原可使钛精矿的杂质含量降低，使杂质铁还原形成细小的球状颗粒，使其比表面积大大增加，从而降低酸解的反应温度、压强和反应时间，在常压条件下采用盐酸浸出方法即可以快速还原得到高品位的人造金红石。     

赤泥预还原球团的熔分

为了实现赤泥资源高附加值化综合利用,通过高温模拟试验对赤泥含碳球团还原焙烧-熔分过程进行研究。将赤泥含碳球团在1 200℃下进行还原焙烧,并结合相图分析,向粉碎后的焙烧球团中添加一定比例的CaO、Al_2O_3进行调质和熔分。结果表明,赤泥含碳球团在1 200℃下还原12min后金属化率可达91.3%,还原效果良好;在1 450℃下进行还原熔分,可实现渣铁的有效分离,金属铁收得率可达到90%以上,所得铁水质量符合炼钢要求;熔分渣中w(TFe)可降至0.5%以下,渣中主要物相为12CaO·7Al_2O_3、CaTiO_3和2CaO·Al_2O_3·SiO_2,通过熔点性能测试试验,熔化性能符合钢液脱硫条件。     

SUS436L超纯铁素体不锈钢夹杂物的形成机理

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱面扫描等仪器设备研究了钛稳定化SUS436L超纯铁素体不锈钢板材的夹杂物类型,结合热力学计算分析各类夹杂物的生成机理。结果表明,SUS436L不锈钢的夹杂物主要包括纯TiN颗粒、TiN包裹MgO·Al_2O_3尖晶石的复合夹杂以及Al_2O_3-CaO-TiO_2复合氧化物;当w([N])为0.007 0%、钢液温度为1 600~1 650℃时,平衡钛质量分数为0.23%~0.38%;当钢液温度为1 600℃、w([Al])为0.02%时,w([Mg])大于0.000 8%时生成MgO·Al_2O_3,w([Mg])大于0.004 4%则生成MgO;当钢液温度为1 600℃、w([Al])为0.02%时,钙处理后w([Ca])为0.000 14%~0.000 36%、大于0.000 36%时分别生成低熔点的12CaO·7Al_2O_3及3CaO·Al_2O_3,且在钛合金化后易生成低熔点的Al_2O_3-CaO-TiO_2复合氧化物。     

电炉粉尘锌元素回收利用基础分析

通过对电炉粉尘进行化学成分、物相结构、粒度组成、颗粒形貌等基础物性进行分析,可知电炉粉尘中锌元素主要以铁酸锌(ZnFe2O4)形式存在,相较于ZnO而言ZnFe2O4不易还原,给电炉粉尘中锌的回收造成了困难。采用ZnO和Fe2O3化学纯试剂制备纯ZnFe2O4,通过XRD、DSC和SEM- EDS等方法对ZnFe2O4的碳热还原机理进行分析,探讨了温度和还原剂种类对ZnFe2O4碳热还原的影响。结果表明,ZnFe2O4的碳热还原分为3个阶段,即ZnFe2O4分解段、氧化锌还原段和铁氧化物还原段,第1阶段主要为ZnFe2O4的分解反应,第2阶段主要为ZnO的还原反应,并伴随少量铁氧化物的还原反应,第3阶段主要为铁氧化物还原和碳气化反应;在反应初期,煤粉转化率大于石墨,而在反应后期则相反。     

不锈钢酸洗污泥碳还原过程中的物相变化及元素迁移行为

摘要：不锈钢酸洗污泥是危险废弃物,但其中含有大量有价值重金属,因而如何对其资源化利用具有重要意义。研究不锈钢污泥在碳热还原反应过程中铁、铬、镍等元素在物相间的相互作用及转化,探究铁、铬、镍元素在污泥中分布的影响因素。利用XRD分析污泥在还原过程中的矿相变化,金相显微镜、SEM EDS分析污泥还原过程中金属颗粒的形貌及其迁移行为。结果表明,在污泥升温碳还原的过程中,NiO与Fe2O3形成NiFe2O4尖晶相并被还原形成Ni-Fe金属相;FeO与Cr2O3形成FeCr2O4并与碳还原形成Fe-Cr--C金属固溶体;含碳的Ni-Fe-Cr-C等合金颗粒在高温下熔化并汇聚长大。当温度为1300℃时,渣相内部结构软化形成微熔池,使得金属液滴具备更好的迁移长大条件,非金属元素形成了以［Si-O］为主要网络结构的熔渣球团,这些网络结构由Ca2Al(AlSiO7)组成。     

碳含量对Cr25Ni20型奥氏体耐热钢高温氧化性能的影响

对两种不同碳含量的Cr25Ni20型奥氏体耐热不锈钢分别加热到800 和1 100 ℃循环氧化96 h后，进行了循环氧化分析，并利用扫描电镜观察钢材表面氧化膜形貌；利用X射线衍射仪对氧化膜进行物相分析；采用划痕法测量氧化膜与金属基体的黏附力。结果表明，氧化膜是由菱形结构的Cr2O3晶粒和尖晶石结构的MnCr2O4晶粒组成，随着氧化温度的升高，氧化物晶粒变得粗大并由菱形结构向尖晶石结构转变；碳含量的增加造成“贫铬”现象的发生，减缓保护性氧化膜的生成，降低氧化膜与金属基体的黏附力；随着氧化温度的升高，氧化膜横截面的厚度不断增加，氧化膜受破坏程度也不断加剧。     

Effect of Temperature on Carbothermic Reduction of Ilmenite

The reduction of ilmenite (FeTiO3) has been studied extensively. Temperature for the carbothermic reduction of ilmenite ranges from 900 ℃ to 1 400 ℃, and the reduction degree of Panzhihua ilmenite increases with increasing temperature. X ray diffraction analysis and SEM analysis were used to identify the phase before and after reduction, and to identify the morphology of reduced samples respectively. It is found that the reaction initiates at about 860 ℃. The reaction rate varies with temperature simultaneously. Impurities in Panzhihua ilmenite decrease the reduction degree. Magnesium and calcium oxide-rich zone is formed preventing complete reduction of Fe^2 . In general, the reaction products are iron, Ti3O5 and carbon.     

从不锈钢酸洗废液中回收金属的试验研究

实验室研究了利用晶种诱导沉积不锈钢酸洗废液中的有价金属,以期对废酸液进行资源化利用。应用X射线衍射仪、扫描电镜和激光粒度仪等检测手段对沉积物进行结果进行表征。结果表明结晶产物为FeF3·3H2O和CrF3·3H2O的混合物,试验中没有发现镍的沉积物;同时研究了温度,废酸液中HF浓度及晶种加入量对金属沉积的影响。结果显示温度越低,废酸HF越高,越利于金属沉积;晶种添加量对金属沉积影响不大。     

Al2O3对铁矿粉烧结液相生成的影响

采用FactSage对不同Al2O3质量分数下CaO-SiO2-FeOx-MgO-Al2O3体系液相区进行热力学分析,并通过液相生成特性试验,研究高岭土型Al2O3和三水铝型Al2O3对CaO-SiO2-FeOx-MgO-Al2O3体系液相生成特性的影响。结果表明,高岭土型Al2O3和三水铝型Al2O3对液相生成特征温度的影响无明显差异,Al2O3质量分数增加,均使液相开始生成温度升高,液相生成温度区间缩小,高熔点黏结相比例增加。液相生成量与Al2O3类型质量分数相关,w(Al2O3)=1.0%时,含三水铝型Al2O3混合料液相生成量较少;w(Al2O3)=2.0%~3.5%时,含高岭土型Al2O3混合料液相生成量较少。     

首钢A高炉炉渣降低MgO的热力学分析

为了研究首钢A高炉炉渣降低MgO的可行性,利用FactSage热力学软件,从理论上解析首钢A高炉炉渣中MgO对固相析出温度和黏度的影响。研究发现,A高炉炉渣固相析出温度在1 400 ℃左右,炉渣在高炉炉缸中全为液相并具有较好的流动性。1 500 ℃下,现有炉渣组分在相图中液相区,若MgO含量降低,炉渣仍处在液相区。MgO质量分数在2.87%～7.37%区间变化时,随MgO含量升高,固相析出温度增加;MgO质量分数升高1%,炉渣固相析出温度升高约3.73 ℃。随MgO含量升高,炉渣黏度降低。1 500 ℃下,MgO质量分数升高1%时,炉渣黏度降低0.014 Pa·s。分析认为,炉缸热状态较好(铁水温度在1 480 ℃以上)时,适当降低MgO质量分数至6%,炉渣黏度不会受较大影响;炉缸热状态较差(铁水温度在1 480 ℃以下)时,不建议降低MgO含量。