化学成分对中钛高炉渣矿物组成影响的热力学分析

采用FACTSage 7.0热力学软件计算了中钛高炉渣结晶过程的平衡物相组成,分析了不同化学成分对中钛渣矿物析出过程和矿物组成的影响规律。结果表明,中钛高炉渣冷却过程中析出的物相主要有黄长石、钙钛矿、尖晶石与透辉石。当碱度较低时(R0.93),渣中不存在单独的钙钛矿相。当碱度超过1.03继续增加时,黄长石含量增加,尖晶石含量降低。碱度越高越有利于钙钛矿的形成。随着TiO_2含量的增加,中钛渣中黄长石含量减少而钙钛矿含量增加;并且随着温度的降低,钛元素逐渐富集,最终转移到钙钛矿中。渣中MgO含量或Al_2O_3含量的增加,使得中钛渣矿物析出过程的变得复杂,且影响了钛元素的析出过程。     

添加剂对含钛高炉渣黏度及钙钛矿相析出行为的影响

针对承钢含钛高炉渣黏度大、渣铁分离较差、硬度较高难磨等问题,开展了降低炉渣黏度和硬度的研究。结果表明:随着CaF2添加量的增加,炉渣黏度由1.632 Pa·s降到0.880 Pa·s;随着除尘灰添加量的增加,炉渣黏度先由1.632 Pa·s降到1.104 Pa·s,再由1.104 Pa·s升到1.296 Pa·s;随着煤粉灰添加量的增加,炉渣黏度先由1.632 Pa·s降到1.024 Pa·s,再由1.024 Pa·s升到1.664 Pa·s;含钛高炉渣水冷、急冷、缓冷三种冷却方式中,随着冷却速度的变慢,钙钛矿析出量成增加趋势;含钛高炉渣水冷状态下,原渣和添加2%煤粉灰,钙钛矿析出区域较少,添加CaF_2的炉渣钙钛矿析出区域较大;含钛高炉渣急冷状态下,随着CaF_2添加量增加,钙钛矿析出量呈现变多长大趋势,相反添加2%煤粉灰,钙钛矿析出量反而减少;含钛高炉渣缓冷状态下,随着CaF_2添加量增加,钙钛矿析出量呈现变多长大趋势,相反添加2%煤粉灰,较原渣而言钙钛矿析出量无明显变化。     

添加剂对含钛高炉渣中钙钛矿相析出行为的影响

 研究了不同添加剂对含钛高炉渣中钙钛矿相析出行为的影响,考察钙钛矿结晶量、晶粒度及晶体形貌的变化,并初步探讨了添加剂的作用机理。结果表明,CaF2添加量为3%~5%,对钙钛矿析出有一定的促进作用,使结晶量有所增加、部分晶粒粗化。氟碳铈矿添加量为1%~5%,可使钙钛矿结晶量明显增加,但却使晶体细化成球团状。添加3%~5% Cr2O3能明显促进钙钛矿析出,结晶量达2146%~2469%,晶粒呈粗大等轴晶,晶粒度约为487~516 μm。Cr2O3为有效添加剂,有利于提高选矿分离效果。     

热处理条件对含钛高炉渣中钙钛矿相析出行为的影响

为了实现攀钢含钛高炉渣中钛组分的有效回收,研究了将钙钛矿作为钛的富集相时,不同热处理条件对钙钛矿相选择性析出行为的影响。通过分析化学组分及矿物组成特点,结合相图理论,采用选择性析出技术,探索了Fe_2O_3加入量、结晶温度、结晶时间及降温速度对钙钛矿富集效果的影响。试验结果表明,原渣加入2.54%CaO为调整剂,经1 025℃预氧化30 min后,再与1%的Fe_2O_3混匀,在1 470℃下熔融60 min,然后以0.5℃/min降温速率降至1 320℃并恒温90 min,最终所获得的改性渣中钙钛矿结晶量为30.62%、晶粒大小为63.17μm,实现了含钛高炉渣中TiO_2的有效富集,为钙钛矿与钛辉石的浮选分离创造了条件。     

含钛高炉渣中钛组分最佳富集相的选择

由于含钛高炉渣中钛的分散分布(钙钛矿、镁铝尖晶石、攀钛透辉石、富钛透辉石和Ti(C,N)),使钛的回收利用变得困难.基于"选择性析出技术",研究含钛高炉渣中钛的选择性富集.该技术的第一步是渣中钛富集相的选择,经过对渣中钛可能生成矿物相的计算和对比分析后,确定渣中钙钛矿相是钛选择性富集的最佳矿物相.     

热处理温度与含钛高炉渣中钙钛矿相结晶量和晶粒度关系的研究

本文应用晶核形成及其长大理论,研究了含钛高炉渣中钙钛矿相析出状态与热处理温度变化的关系,找出了钙钛矿相析出的结晶量和晶粒度同时达到最大值的最佳温度区间,为钙钛矿相的分离提供了有利条件。     

Al_2O_3和TiO_2含量对含钛高炉渣黏流特性及矿物组成的影响

以现场高炉渣为基样,应用半球点法和内柱体旋转法测定CaO-SiO_2-Al_2O_3-TiO_2-MgO五元渣系的熔化温度和黏度,研究高铝低钛渣中Al_2O_3和TiO_2含量对炉渣流动性的影响。实验结果表明:随渣中Al_2O_3含量增加,炉渣的熔化性温度和黏度上升;TiO_2含量增加,炉渣的熔化性温度和黏度下降,适当添加TiO_2可避免渣中Al_2O_3含量增加引起的炉渣流动性变差;渣中矿物组成黄长石和玻璃质的数量随TiO_2含量增加而降低。     

CaO-SiO_2-Al_2O_3-TiO_2渣系活度计算模型的建立及应用

在钒钛磁铁矿高炉冶炼工艺中产生了大量的含钛高炉渣,然而由于缺少相对应的活度等热力学数据,导致了钛资源的回收利用不够充分。因此,依据分子离子共存理论,建立了CaO-SiO_2-Al_2O_3-TiO_2渣系活度计算模型并采用Matlab计算软件进行求解,通过活度计算值以及选择性析出和富集技术的方法,选择CaO·TiO_2相作为钛组分的富集相,通过调整成分或者温度等,使CaO·TiO_2相活度增大,同时将SiO_2和Al_2O_3等物质富集到非富钛相中,并最终实现钛组分的选择性分离。结合Factsage热力学软件计算了含钛渣系相图和不同温度下的液相区分布,分析了钙钛矿CaO·TiO_2相、硅酸二钙2CaO·SiO_2相和黄长石2CaO·Al_2O_3·SiO_2相等物相在1600℃下的等活度图。结果表明,在典型钛渣成分的基础上适当增加碱度可以有效的实现钛组分在CaO·TiO_2相中的富集,而使其它非钛成分富集于2CaO·SiO_2相和2CaO·Al_2O_3·SiO_2相中,从而实现CaO·TiO_2富钛相的有效分离。     

热处理温度与含钛高炉渣中钙钛矿相结晶量和晶粒度关系的研究

本文用晶核形成及长大理论,研究含钛高炉渣中钙钛矿相折出状态与热处理温度变化的关系,找出了钙钛矿相析出的结晶量和晶粒度同时达到最大值的最佳温度区间,为钙钛矿相的分离提供有利条件。     

高钛型高炉渣中钛组分选择性富集与析出研究进展

基于含钛高炉渣综合利用的大量研究工作,对含钛高炉渣的利用现状及高钛渣中钛组分的富集和析出等进行了综述。钛渣提钛的利用主要有制取钛合金、酸处理、碱处理或高温碳化-低温氯化处理高钛渣以及利用选择性分离技术提取钛富集相。重点对高钛渣中富集相为钙钛矿相、金红石相和黑钛石相的结晶行为研究进展进行了介绍。含钛相从熔渣中有效地富集、分离并实现工业化生产,是高钛渣提钛利用研究的重点和方向。有效地提取高钛渣中分散的钛元素,对钛渣的综合利用具有重要的经济价值和实际意义。     

含钛高炉渣中钛组分的绿色分离技术

介绍了从含钛高炉渣中回收钛的绿色分离技术.该技术包括三个连续的单元操作过程：（1）促使渣中分散于各矿物相的钛组分选择性转移并富集于设计的矿物相-钙钛矿,实现“选择性富集”;（2）促进熔渣中富集相-钙钛矿的“选择性析出与长大”;（3）改性渣经选矿分离处理,完成“富集相-钙钛矿”的“选择性分离”.该技术特点是清洁,低成本和处理能力大.     

含硼炉渣性能研究

本文研究了高炉型含硼炉渣的性能。B_2O_3在CaO-MgO-SiO_2-Al_2O_3渣系中起助熔剂的作用,能降低炉渣的粘度和熔化性温度。含硼高镁渣具有适于冶炼的粘度和熔化性温度,脱硫性能良好。炉渣碱度(CaO/SiO_2)仍然是判别硼镁渣脱硫能力的主要因素。硅、硼的还原规律相近,B_2O_3的存在促进了渣中SiO_2的还原。     

高钛高炉渣中钙钛矿相的析出行为

为促进高钛高炉渣中钙钛矿相选择性析出，满足选矿分离的要求，分别在恒温和连续冷却过程中研究了钙钛矿相的析出行为。实验结果表明，钙钛矿相析出的适宜温度区间为１４００～１３００℃，熔渣在此温度范围内缓慢冷却（冷却速度０．５℃／ｍｉｎ），可有效促进钙钛矿相析出并使其枝晶产生粗化，结晶量达２４．８９％，晶粒度达４８．２７μｍ。此外，通过钙钛矿晶体形貌的变化，探讨了枝晶粗化机理，认为晶体产生缩颈重熔促进了枝晶粗化。     

高钛型高炉渣中B2O3替代CaF2的作用机理

 为了提高含钛炉渣的流动性能以及促进渣铁更有效地分离,并替代对环境污染较大的CaF2资源,运用扫描电镜、黏度仪等设备在1 340～1 475 ℃温度范围内研究了B2O3及CaF2对含钛炉渣表观黏度的影响规律。结果表明,B2O3具有和CaF2相似的作用效果,均能够降低含钛炉渣的表观黏度。当B2O3及CaF2的添加量为1%时,B2O3与CaF2的替代比为1[∶]1;随着渣中B2O3添加量从0增加到3%,钙钛矿质量分数逐渐降低,富钛深绿辉石随之增加,而Ti（C,N）质量分数几乎不变。     

CaO-TiO_2-SiO_2-Al_2O_3-MgO熔体冷却过程中钙钛矿相超重力富集

含钛高炉渣中富钛相因其分散在炉渣的多种矿相中且晶粒细小,常规选矿分离技术难以将富钛相从含钛高炉渣中有效地分离出来。将超重力场引入到CaO-TiO2-SiO2-Al2O3-MgO熔体,为了在冷却过程中钙钛矿相定向富集,重点探讨了熔体中钙钛矿相在不同重力系数及冷却速率下富集规律。研究结果表明当CaO-TiO2-SiO2-Al2O3-MgO熔体以v=5 K·min-1冷却速率在重力系数G≥750进行富集后,试样沿着超重力方向出现明显分层且试样中钙钛矿相沿着超重力方向呈现粒度梯度分布。对分层的试样纵剖后进行光学显微镜观察,熔体中的钙钛矿相在超重力作用下全部富集到试样的中下部区域,而在试样上部区域没有发现钙钛矿晶粒。对本实验条件下熔体中钙钛矿相运动机制进行分析,熔体中钙钛矿晶粒的运动速度与晶粒直径的平方成正比,熔体中大粒径的钙钛矿晶粒比小颗粒晶体在相同的重力系数下具有更大的运动速度,最终富集到试样的底部,而细小的钙钛矿晶粒则富集到式样的中部。假设熔体中的钛以TiO2形式存在,当CaO-TiO2-SiO2-Al2O3-MgO熔体以v=5 K·min-1冷却速率在重力系数G=750时进行富集后,富集到试样中下部精矿中的TiO2质量分数可达34.8%,而尾矿中TiO2质量分数仅为11.28%。考虑到常重力试样中TiO2质量分数为22.34%,通过离心富集后,精矿中钛的回收率高达77.13%。     

高钛型炉渣中低价钛总量的测定

高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿的一个特殊问题是炉渣变稠、渣中大量夹铁以及形成泡沫渣等.国内外的一些研究者认为,此现象是高温条件下渣中FeO和TiO_2被碳还原所致.为研究还原机理提出了TiO和Ti_2O_3的测定问题.关于TiO和Ti_2O_3的测     

碱法处理含钛高炉渣的矿相变化及工艺条件探索

采用XRF、XRD和金相显微镜分析含钛高炉渣的化学成分、物相组成和矿物形态,发现渣中含钛量高达20%,主要矿物相为钙钛矿、透辉石和镁铝尖晶石,各物相结合紧密、分布均匀。将Na_2CO_3与含钛高炉渣进行高温混合焙烧,焙烧熟料用去离子水进行水浸处理,以实现对含钛高炉渣中Si、Al组分的提取,同时实现对Ti组分的富集,达到分离三种有价组分的目的。通过研究焙烧温度、碱渣质量比和焙烧时间对组分浸取率的影响以及焙烧过程中矿物相的变化,结果表明:在焙烧过程中镁铝尖晶石先于透辉石与助剂Na_2CO_3发生反应,而钙钛矿不与Na_2CO_3发生反应。优化的焙烧条件为:焙烧温度900℃,碱渣质量比为2∶1,焙烧反应时间180 min,此条件下SiO_2和Al_2O_3的提取率分别达到47.52%和82.97%。     

高铝高碱度中钛型炉渣脱硫能力试验研究

以现场渣为基准,研究了高Al_2O_3、高碱度、中钛型高炉渣脱硫性能以及影响脱硫能力的各种因素。结果表明,在高碱度、高Al_2O_3、中钛型条件下,有利于脱硫的炉渣成分为:二元碱度不能超过1.30,MgO的质量分数约为12%,Al_2O_3的质量分数控制16%以下,TiO_2的质量分数为不超过10%。     

微波协助碾磨高钛高炉渣

为从高钛高炉渣中分离出钙钛矿(CaTiO3),降低渣中TiO2含量,进行了利用微波辐射在渣中引发裂纹,降低炉渣强度,节约碾磨能耗的研究.由实验得知,高钛高炉渣能被微波有效加热,并在炉渣中引发微裂纹;随着微波处理时间的延长,引发的裂纹也随之扩展.为研究引发的裂纹对碾磨渣的影响,对经过微波处理的高钛高炉渣进行了耐压强度测试.测试结果表明,高钛高炉渣中引发微裂纹后,渣的耐压强度下降(经5次、5 min微波处理后,渣的强度大约降低了20%);渣的耐压强度随微波处理时间的延长和微波循环次数的增加而降低,尤其是微波循环次数对渣耐压强度的影响更为显著.     

含钛高炉渣结晶规律的研究

用差热分析和淬冷法配合岩相分析,研究了SiO_2和TiO_2对CaO-SiO_2-TiO_2-Al_2O_3-MgO五元合成渣系结晶规律的影响,绘制出该渣系在改变SiO_2和TiO_2含量时的两个矿物结晶区域图,并确定了钙钛矿和黑钛石的结晶区域。测定了在中性气氛下,不同条件时,渣中钙钛矿和黑钛石的结晶量。为采用结晶分离法降低含钛高炉渣中的TiO_2含量及其利用提供了必要的理论基础。