真空碳热还原钛精矿的动力学研究

摘要

攀枝花钛铁矿精矿富集于钒钛磁铁矿中，经钒钛磁铁矿首次选矿后的尾矿中二次选矿获得，钙镁等杂质元素含量高，需要进一步的富集。电炉法制备钛渣已成为主要的工业生产工艺，然而电炉工艺中，非铁杂质不能有效地去除，这会对后续工艺产生影响。因此，如何去除钛精矿中的钙镁等杂质成为关键的问题。真空处理钛精矿能有效地去除钙镁等杂质且获得高品位钛渣，本文主要针对真空碳热还原钛精矿过程中的动力学进行研究，获得以下主要结论： 还原温度的升高和保温时间的延长，均有利于钛精矿的还原以及金属相的形核长大，但还原温度的影响要远高于保温时间的影响。钛铁氧化物的主要还原历程：FeTiO3→FeTi2O5→Ti3O5→Ti2O3，在1400℃时，进入挥发阶段。还原过程中，有固溶体出现从而降低铁的还原效果，钛的氧化物从高价态被还原成低价态并逐渐富集。 非等温动力学研究表明：升温过程钛精矿中铁的还原属于三维扩散的Z-L-T模型控制，钛精矿整体还原属于三维扩散的anti-Jander模型控制，还原过程的表观活化能分别为587.4±2.98kJ/mol和233.16±8.40kJ/mol；高温过程中Fe、Mg和Si的挥发过程分别符合三维扩散的Jander方程、三维扩散的G-B方程和二维扩散的Valensi方程，挥发过程的表观活化能分别为1043.02±12.29，253.15±7.63和314.46±6.04kJ/mol。 等温动力学研究表明：在1100-1250℃保温0-30min和1100-1200℃保温30-90min时，钛精矿中铁的还原分别受界面化学反应控制和内扩散控制，还原过程的表观活化能分别为207.92kJ/mol和521.47kJ/mol；钛精矿整体还原分别受外扩散控制和碳气化反应控制，还原过程的表观活化能为314.57kJ/mol和162.10kJ/mol。