含钛高炉碳化渣中TiC的超重力富集与分离的研究

攀钢含钛高炉渣高温下经碳还原后得到有价组元碳化钛,碳化钛晶粒细小且均匀分布在碳化渣中,利用常规的选矿方法很难将其富集来提高品位。本文将超重力技术引入到攀钢含钛高炉碳化渣中,探讨碳化钛在超重力场下的富集与分离规律。研究结果表明:经过超重力富集后试样出现了明显的分层,碳化钛全部富集在试样的下部,而在试样的上部几乎找不到碳化钛相,并且在富集的试样中碳化钛的面积分数沿着超重力方向逐渐增加。重力系数越大,富集时间越长,碳化钛的富集效果越好。预处理渣在重力系数G=300于1320℃等温富集20 min后,下部富集渣中碳化钛的含量由常重力下的11.6%提高到了18.8%。另外,经超重力场过滤分离后,碳化钛全部被截留在碳毡上部的精矿中,脉石相则被分离到下部坩埚中。预处理渣在重力系数G=300于1320℃等温分离20 min后,上部精矿中碳化钛的含量提高到了23.8%,而脉石中则找不到任何碳化钛。     

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%。     

以转底炉技术利用钛资源的基础研究

提出了一种以转底炉煤基直接还原技术利用钛资源的新工艺及两个不同的方案。该工艺以攀枝花钒钛磁铁精矿或钛精矿粉、煤粉和少量添加剂组成的复合球团为原料,在高温加热条件下将含钛矿中的氧化铁还原为铁,经渣铁分离后获得生铁和富集了的钛渣。第一方案以钒钛磁铁精矿配20%钛精矿为原料,还原后渣铁自然分离,得到块铁和品位为50%左右的钛渣;第二方案以钛精矿为原料,还原后经破碎磁选分离得到粒铁和TiO2富集率为～75%的钛渣。对这两种方案均进行了初步试验,确定了合理的工艺条件。     

添加剂对钒钛磁铁精矿球团熔融还原冶炼的影响

对钒钛磁铁精矿预还原球团熔融还原冶炼中添加剂的影响进行了研究,并对渣型制度进行了优化。熔融还原渣碱度、添加剂氧化镁和氧化铝对钒钛磁铁精矿的熔融还原作用明显。在添加剂作用下,1 500℃电炉冶炼10min后的熔融还原产物为含96.9%铁、0.52%钒的生铁,以及含66.13%TiO_2的熔融还原渣,实现了钒钛磁铁精矿冶炼中铁钒和钛的有效分离。     

微波场中铌精矿碳热还原反应行为研究

目前铌资源的研究大多处于常规加热阶段,因为能耗高、冷中心等问题无法广泛推广。微波加热技术是一种新型加热技术,可以有效避免冷中心等问题。借助微波马弗炉将铌精矿碳热还原反应与微波加热相结合,探究还原温度、配碳比及保温时间对铌精矿金属化率的影响,以及金属颗粒的成长行为。研究结果表明,微波加热在碳热还原反应中优于常规加热,在微波加热下,还原温度为1100℃、保温30 min、配碳比为1时,金属化率达到94.84%;1000℃时NbC开始生成,1100℃时铌钛产物主要为(Ti,Nb)C,1300℃时,钛的产物主要以TiC形式存在。     

真空碳热还原-酸浸含钛高炉渣制备TiC

中国超过50％钛资源在高炉冶炼过程中进入炉渣,渣中TiO2的质量分数高达20％～30％,是一种高附加值二次资源,但在对该资源综合利用过程中,始终未能解决经济提取、硅钛难分,二次污染严重等问题.在热力学理论指导下进行真空碳热还原-酸浸联合工艺处理含钛高炉渣制备TiC研究.研究表明,碳热还原温度越高或相同温度下真空度越高越有利于炉渣中各成分还原;随着真空度增加碳热还原温度要求降低;当温度达到1 573K,真空度为1 Pa,可将SiO2还原得到具有高蒸气压的SiO、MgO被还原为Mg蒸气而离开体系,可实现渣中硅镁与钛彻底分离;真空碳热还原含钛高炉渣制备TiC的最佳条件:还原温度1673 K,炉渣粒度75μm占80％,渣碳质量比100∶38.     

真空原位碳热还原法制备纳米碳化钛粉体

分别以钛酸四丁酯和蔗糖为钛源、碳源,采用溶胶—凝胶法制备前驱体并在真空条件下原位碳热还原制备纳米碳化钛。采用X射线衍射仪和扫描电镜对产物物相、形貌进行分析,并根据谢乐公式计算所得TiC晶粒尺寸。结果表明:在1 300℃的真空碳热还原条件下能够得到纳米碳化钛,随着碳含量的增加碳化钛的纯度提高,晶粒尺寸减小;随碳热还原温度从1 300℃升高到1 500℃,碳化钛的形貌由长径为100 nm左右的长条状变为粒径为20~30 nm的球形颗粒,但TiO相含量相对增加。     

低品位钛渣水热重结晶提高钛铁矿钛品位的研究

用含钛电炉渣在FeSO4-Fe2(SO4)3-H2SO4溶液中水热重结晶,并重选出钛铁矿。研究了FeSO4浓度、Fe2(SO4)3浓度、pH、水热反应温度和保温时间对重选钛铁矿精矿中TiO2含量的影响。结果表明,当FeSO4浓度为0.60mol/L,Fe2(SO4)3浓度0.14mol/L,pH 2,水热反应温度150℃,保温时间3.5h时水热反应效果最佳,此时重选得到得钛精矿中TiO2含量由原渣的41.92%升高到49.74%。     

用磁选的方法从含钛高炉渣中回收碳氮化钛

采用冶炼钒钛磁铁矿产生的含TiO2 20%～26%的高炉渣为原料,通过对渣中的钛氧化物进行还原碳化和氮化处理生成碳氮化钛后,利用铁作为载体,用磁选的方法实现碳氮化钛和脉石矿物的分离.磁选后获得Ti(C,N)品位大于36.46%,回收率达到43.77%的碳氮化钛精矿.     

不锈钢粉尘碳热还原渣高效粉化分离

不锈钢粉尘是钢铁冶炼过程产生的典型二次固废，其含有大量的有价金属铁、铬和镍的氧化物，具有较高的回收利用价值。碳热还原法是一种高效冶炼金属矿物的火法工艺，使用碳热还原法处理不锈钢粉尘过程中，还原渣发生的粉化反应及冷却后的粉化效果会影响还原渣体系的理化性能，影响还原产物渣和金属的分离效果。通过高温试验研究了粉化控制过程工艺参数保温温度、保温时间和降温速率对还原渣粉化效果的影响。试验结果表明，不锈钢粉尘碳热还原-粉化控制后获得的还原渣自粉化率及自粉化渣的质量分数随着保温温度的升高呈现先增加后降低的趋势；还原渣自粉化率及自粉化渣的质量分数随着保温时间的增加呈现逐渐增长的趋势；还原渣自粉化率及自粉化渣的质量分数随着降温速率的降低呈现逐渐增长的趋势。在还原温度为1 450℃、升温速率为10℃/min、还原时间为20 min、碳氧比为0.8、控制保温温度为1 100℃、保温时间为15 min、降温速率为15℃/min的条件下，还原渣的自粉化率达到95.26%,自粉化渣的质量分数达到91.36%。在不锈钢粉尘碳热还原的过程中，还原渣中Ca₂SiO₄的生成反应...     

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。     

TiO2对含钛高炉初渣物相转变与黏度的影响

为了研究含钛高炉初渣的形成过程和各种物相成分相互作用、迁移重组的过程，明晰TiO2对高炉初渣形成的影响规律，利用FactSage热力学软件及旋转柱体式黏度仪研究了TiO2质量分数对高炉初渣熔化温度、物相转变行为以及初渣黏度的影响。结果表明，随着初渣中TiO2质量分数的增加，含钛高炉初渣熔化温度升高，TiO2质量分数从4%增加到16%，其熔化温度从1 360升高到1 410 ℃，增加了50 ℃；含钛高炉初渣中TiO2质量分数对初渣中各种物相组成的转变和比例都有较大的影响，随着TiO2质量分数的增加，初渣固液相共存的温度区间变大，使高炉软融带变宽；TiO2对含钛高炉初渣黏度的影响相对较为复杂，当TiO2质量分数为4%～8%时，含钛高炉初渣黏度 温度曲线呈现出“碱性渣”的形态；当TiO2质量分数为16%时，含钛高炉初渣黏度 温度曲线呈现出“酸性渣”的形态。     

攀钢高炉未燃煤粉对炉渣流动性的影响

攀钢高炉喷煤的特殊性在于未燃煤粉进入炉渣后,会将炉渣中的部分TiO2还原成高熔点的TiC和TiN。这些TiC和TiN在炉渣中呈固相形态存在,从而导致炉渣的粘度升高。当还原生成的TiC和TiN含量达到一定量时,会破坏高炉冶炼行程。实验结果表明,炉渣中未燃煤粉超过9％以后,炉渣粘度明显升高,因此攀钢高炉在不影响顺行的条件下,喷煤量的控制应保证炉渣中未燃煤粉不超过9％。     

含钛高炉渣熔化性温度的试验研究

含钛高炉渣的熔化性温度是影响高炉炉渣冶金特性的关键因素。以工业生产含钛高炉渣为原料,进行正交试验研究,其结果表明：随着碱度的提高,熔化性温度上升,粘度也升高;MgO从6%增加到8%或8.5%时,熔化温度曲线温度转折点即熔化性温度从1 435℃降低到1 380℃;TiO2含量在16%~20%的条件下,渣中MgO在8%左右,Al2O3含量在9%~13%之间,TiO2对炉渣粘度与熔化性温度影响不大。     

含钛高炉渣铁侵蚀炉衬的显微结构分析

对含钛高炉渣，铁显微结构的研究表明，攀钢高炉随冶炼强度的提高，炉渣组成发生变化，渣中TiC,TiN,Ti(C,N)含量减少，影响护炉效果，含钒钛的铁水中含有TiC,TiN,Ti(C,N),对护炉起着很大作用，因此钒钛矿护炉不单是含钛渣完成的，也有含钒钛铁水的作用。     

低温氯化炉内颗粒停留时间分布研究

利用攀钢含钛高炉渣低温氯化炉冷态模型,采用电导率法对脉冲示踪粒子进行试验研究,分别考察了内部挡板、物料流量、表观气速等操作参数对低温氯化炉中颗粒停留时间分布(RTD)的影响。结果表明,挡板纵向切割流化床相对空间,消除短路,有利于颗粒与流化气的充分混合,双挡板条件下,碳化渣颗粒在流化床内RTD更为集中(方差σ2t由0.67明显降低至0.5);加料速率由1.9 g/s减小至1.1 g/s,物料平均停留时间延长一倍,碳化渣反应时间增加。表观气速增大至0.15 m/s时,虽然在一定程度上弱化了碳化渣停留时间分布的集中性,但返混强化了颗粒与气体的接触和反应,保证了流化状态,有利于提高碳化渣氯化效率。     

高炉炉缸含钛保护层物相及TiC0.3N0.7形成机理

基于高炉破损调查取样分析, 借助X射线荧光分析、X射线衍射分析、电子探针分析、扫描电子显微镜结合能谱分析等手段分析了高炉炉缸、炉底不同部位形成的含钛保护层化学成分、物相组成和微观形貌, 并建立正规溶液热力学模型对Ti (C, N)形成的热力学条件进行分析, 然后针对高炉的实际工况, 明晰高炉炉缸TiC_0.3N_0.7形成的条件.结果表明, 高炉炉缸侧壁最薄处炭砖残余厚度仅为200 mm; 炉缸炉底炭砖表面普遍存在含钛保护层, 保护层平均厚度在300~600 mm左右, 高炉炉缸不同部位形成的保护层中Ti(C, N)主要以TiC_0.3N_0.7形式存在, 并与Fe相聚集在一起.Ti (C, N)固溶体实际混合摩尔生成吉布斯自由能显著低于标准混合摩尔生成吉布斯自由能和理想混合摩尔生成吉布斯自由能.在不同温度条件下, TiC和TiN在固溶体中存在的比例不同, 高温时以析出TiC为主, 低温时以析出TiN为主.Ti (C, N)固溶体的形成与高炉热力学状态条件直接相关, TiC_0.3N_0.7在该高炉炉缸中的形成温度为1423℃.      

含钛高炉渣制备CaTiO3-多孔地质聚合物光降解吸附材料

含钛高炉渣作为固体废弃物,国内存量巨大,且其中的钛组元难以提取,导致含钛高炉渣综合利用一直没有得到有效解决。针对当前含钛高炉渣利用率低、附加值低等问题,基于含钛高炉渣成分特点,通过选择性析晶(CaTiO₃优势析出)、碱激发,制备出CaTiO₃-多孔地质聚合物的复合材料。试验结果表明,析晶温度1 400 ℃、保温1 h能够促进CaTiO₃的优势析出,而剩余氧化物以玻璃相形式存在。制备出的CaTiO₃-多孔地质聚合物材料结合了CaTiO₃高光催化活性与多孔地质聚合物比表面积大的优点,对亚甲基蓝具有优异的吸附效果,最大吸附量可达60.4 mg/g。在投加量为50 mg,2 h吸附、3 h光降解条件下,对亚甲基蓝去除率可达94.5%,在治理有机污染领域有良好的应用前景。     

TiO2对京唐高炉渣性能的影响及热力学分析

 为明确TiO2对京唐炉渣性能的影响机理,基于京唐高炉渣的实际成分,通过黏度试验研究了TiO2对炉渣黏度及熔化性温度的影响;同时利用FactSage热力学软件,计算了不同TiO2质量分数炉渣的活度、熔化温度,液相区以及炉渣从1 500冷却到1 000 ℃时的物相变化。试验结果表明,炉渣的黏度和熔化性温度随着渣中TiO2质量分数的增加而降低。FactSage计算表明,炉渣中TiO2活度增大,炉渣的黏度随之减小;TiO2增多有利于降低炉渣的熔化温度和扩大液相区,但当[w(TiO2)]由4.2%变化到5.6%时,炉渣的液相区反而在CaO区域缩小;炉渣结晶相的变化表明渣中TiO2不宜过多,否则在高温时就容易生成钙钛矿相,从而增大炉渣的黏度,不利于高炉顺行。为满足京唐高炉冶炼对炉渣性能的要求及护炉的需要,炉渣中[w(TiO2)]应控制在5.0%以内。