收藏本站
《北京科技大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

海砂矿钛铁资源分级利用研究

王振阳  
【摘要】:为拓宽我国铁、钛矿石资源来源,避免国际矿石价格异常虚高时受制于人,本文以一种大储量、易开采、低成本的滨海砂矿——海砂矿为研究对象,期望可通过矿物特性研究、磁选、预氧化处理、气基直接还原以及高温熔分等方法,分级提取海砂矿中的铁、钛资源,并最终形成以铁水、高钛渣以及钛铁合金为回收形式的钛、铁资源终端产品。本文首先对海砂矿的矿物基础特性进行了研究,结果表明,海砂矿是一种钛铁固溶体矿,以钛磁铁矿和钛赤铁矿为主要物相,并包含少量钛铁矿,其最高氧化态形式为铁板钛矿和亚铁板钛矿所构成的固溶体系,海砂矿颗粒表面光滑,内部致密,粒度分布较为集中,形状以椭球形为主。鉴于海砂矿在应用过程中出现的品位偏低以及还原性较差的问题,本文提出两种预处理方式:(1)通过磁选提高海砂矿的品位;(2)通过预氧化提高海砂矿的还原性。粗选后的海砂矿全铁及钛氧化物品位分别为55wt%和11wt%,磁选后可提高至60wt%和13wt%;通过建立物理力学模型,给出了磁选过程中矿物颗粒受力与矿物颗粒直径的关系,从而得到可以被磁鼓回收的最小海砂矿颗粒直径,给磨矿粒度的选择提供了理论依据。对海砂矿进行预氧化处理,可以使钛磁铁矿物相向钛赤铁矿和铁板钛矿物相转化。在这个过程中,铁、氧元素逐步与钛元素分离并富集于赤铁矿物相中,从而实现了钛元素与铁、氧元素的部分分离,降低了后续还原时钛对铁、氧元素迁移的阻碍作用,从而提高了海砂矿的还原性。此外,XRD晶胞精修、氮气吸附脱附、微观形貌以及动力学分析的结果表明,预氧化使得海砂矿中主要物相的晶胞尺寸收缩,导致矿物孔隙率增大,从而在气基还原初期为反应产物提供了充分的形核与长大空间,在气基还原末期为气体产物提供了充分的扩散通道,改变了海砂矿气基还原控速机理,削减了海砂矿气基还原过程中的限制性环节,从而使得海砂矿还原性得到提高。微观上看,预氧化造成的微裂纹使得还原过程由一核反应模式(中心未完全反应核)变化至多核同时反应模式(细小随机分布的未完全反应核),并最终提高了海砂矿的表观反应速率常数,降低了海砂矿的表观还原反应活化能,.从而改善了海砂矿的还原动力学条件。提高氢气浓度与反应温度可以促进海砂矿的气基还原反应,通过对比单位氢气浓度和反应温度增量条件下的还原度增加梯度,发现40vol%氢气浓度和900℃反应温度为适宜的海砂矿气基还原参数。海砂矿在气基还原过程中经历了复杂的物相转变与固溶度变化,本文给出了不同还原时刻下海砂矿中的物相组成与变化,以及固溶体系的固溶度变化。总体来看,钛含量越低的物相优先发生还原反应。预还原度是联结气基预还原和高温熔分的重要参数,本文利用原位红外观察、旋转粘度仪、拉曼光谱分析以及Factsage热力学理论计算等方法,通过研究70-100%预还原度范围内熔分炉渣的熔化特性、粘度以及结构特征,认为90%预还原度条件下预还原海砂矿在高温熔分时产生的炉渣具有较好的冶炼特性,从而确保充分的渣铁熔融分离和高效的渣铁化学反应。以90%预还原度的海砂矿为原料,通过配加适量的助熔剂CaF2,探索出适宜的高温熔分条件,并且在高温熔分结束后可以获得成分合格的铁水和钛氧化物品位为~43wt%的高钛渣,以该钛渣为基础原料,依据预实验和热力学计算结果,配入相应的还原剂(金属铝)和发热剂(赤铁矿),利用铝热还原反应,得到了成分为35wt%Ti-55wt%Fe-6wt%Al-2wt%Si的钛铁合金,该合金成分符合国家钛铁合金FeTi30-B牌号的标准,十分接近FeTi40-A牌号的标准。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TD981

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 洪乃丰;;震后反思“海砂屋”[J];腐蚀与防护;2008年07期
2 刘军;邢锋;董必钦;霍元;;采用河砂模拟海砂的试验方法研究[J];混凝土;2008年09期
3 张杰;高克忠;;非法开采海砂中的违法行为透析[J];齐鲁渔业;2010年01期
4 甄铭;;浅谈海砂在建设工程中的应用与监管[J];建筑监督检测与造价;2013年03期
5 张艺莹;罗作球;袁启涛;;浅谈淡化海砂应用前景[J];商品混凝土;2014年02期
6 ;广东汕尾盗挖海砂盖楼 腐蚀性致最快5年成危楼[J];全面腐蚀控制;2008年03期
7 赵顺增;;警惕滥用海砂的现象[J];膨胀剂与膨胀混凝土;2011年03期
8 陈杰林;钱震生;;浅析淡化海砂在混凝土中的应用前景[J];福建建材;2011年06期
9 於林锋;王琼;施钟毅;;海砂的性能及新型净化工艺研究[J];粉煤灰;2011年05期
10 杨明奥;;论海砂对混凝土质量的影响[J];科技创新与应用;2012年22期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 廖佳庆;郑敏生;;海砂在福建地区混凝土中的应用前景[A];2009GHMT第7届两岸四地工程师(台北)论坛论文集[C];2009年
2 陈爱芝;;深圳海砂合理开采、科学应用的探讨[A];“第四届全国特种混凝土技术”学术交流会暨中国土木工程学会混凝土质量专业委员会2013年年会论文集[C];2013年
3 汪卫国;赖志坤;陈坚;;厦门东南海域的海砂资源与开采可行性分析[A];中国海洋学会2007年学术年会论文集(下册)[C];2007年
4 蒋真;赵铁军;宋晓翠;;海砂混凝土钢筋锈蚀试验研究[A];“全国特种混凝土技术及工程应用”学术交流会暨2008年混凝土质量专业委员会年会论文集[C];2008年
5 曹卫群;苏卿;赵铁军;巴光忠;;海砂混凝土耐久性试验研究[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2010年
6 干伟忠;Dr.A.Boes;;海砂对混凝土结构中钢筋腐蚀的影响[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2001年
7 赵文成;潭进财;杨景鼎;;海砂用于混凝土构造物耐久性研究及使用管理[A];第五届混凝土结构耐久性科技论坛论文集[C];2006年
8 施养杭;王丹芳;吴泽进;;海砂混凝土及其耐久性保护[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2009年
9 苏卿;赵铁军;姜福香;万小梅;;淡化海砂混凝土的渗透性能研究[A];“全国特种混凝土技术及工程应用”学术交流会暨2008年混凝土质量专业委员会年会论文集[C];2008年
10 董必钦;刘伟;马红岩;邢锋;;海砂砂浆早龄期水化过程的电阻率法研究[A];2011年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 向武;珠江口海砂管理执法需有新办法[N];中国海洋报;2007年
2 刘玉焕 褚建伟;山东蓬莱:严格海砂管理 保护海洋环境[N];中国海洋报;2007年
3 记者 滕艳 特约记者 周建政;合理开发近岸浅海海砂资源[N];地质勘查导报;2006年
4 张华 曲忠辉 汪维家;牟平整顿海砂开采秩序[N];中国国土资源报;2006年
5 记者 刘振国;专项立法规范海砂开采[N];地质勘查导报;2008年
6 江迪;利用海砂需严格监测科学处理[N];中国建材报;2008年
7 汪啸高嵩 吕宁;治理盗采海砂行为的对策建议[N];中国海洋报;2008年
8 记者 李风;浙江专项整治海砂开采秩序[N];中国国土资源报;2008年
9 孙 辉 沈菡荪;“海砂屋”问题已引起国家领导高度关注[N];大众科技报;2004年
10 游雪晴 实习生 邓茜;利用海砂须科学处理 相关部门要严格监测[N];科技日报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王振阳;海砂矿钛铁资源分级利用研究[D];北京科技大学;2018年
2 王鹏;渤海海砂资源分布、物源及控制因素研究[D];中国海洋大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李华杰;“海砂屋”应急管理研究[D];华侨大学;2012年
2 孙鹏;论非法采运海砂行为的刑事法律规制[D];大连海事大学;2015年
3 徐一谦;钢—连续纤维复合筋增强海砂混凝土梁基本性能研究[D];东南大学;2015年
4 杨佳;几种海砂的细观结构特征及力学特性试验研究[D];吉林大学;2016年
5 吴帅;海砂中氯离子含量检测方法的研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2016年
6 程旺;“海砂建筑”的经济风险识别评估与管控策略研究[D];华侨大学;2016年
7 胡耀勇;“海砂建筑”的社会稳定风险研究[D];华侨大学;2017年
8 张鹏;不锈钢管海砂混凝土轴压力学性能研究[D];福建农林大学;2017年
9 廖雪峰;海砂矿碳热还原及强化研究[D];昆明理工大学;2017年
10 林魁;生物硫酸对SAC海砂混凝土劣化及氯离子固化影响[D];福州大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026