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《重庆大学》 2012年
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钒渣体系物化性能及相平衡的研究

张生芹  
【摘要】:金属钒被称为“现代工业的味精”,广泛应用于钢铁、化工、航空航天等领域。我国的攀西地区拥有丰富的钒钛磁铁矿资源。我国目前主要是利用高炉工艺从钒铁磁铁矿中冶炼得到含钒铁水,然后将含钒铁水入转炉氧化获得钒渣和半钢。半钢作为炼钢的原料,钒渣则主要通过湿法冶金工艺提取产品V_2O_5。 在转炉提钒工艺中,钒渣的高温物理化学性能直接影响到含钒铁水中钒的收得率和提钒工艺能否顺利进行。含钒铁水中各元素氧化过程的物理化学性质如何,影响到钒渣的质量和钒渣的物理化学特性;钒渣的粘度特性主要反映渣的流动性能,其优劣影响到钒渣冶炼过程渣-铁界面各种反应进行的难易程度及渣铁分离是否彻底;钒渣中尖晶石的生成及长大研究关系到后续湿法提钒过程的效率高低;钒渣中存在各相的具体组成及平衡关系,是衡量钒渣质量高低的重要指标;对钒渣基础渣系的相平衡关系的研究,则是提钒工艺理论指导的基本要求。 本文基于攀钢转炉提钒工艺过程,研究了含钒铁水中各元素氧化的物理化学特性,钒渣的粘度特性,钒渣中尖晶石的生成及长大影响因素和铁钒体系的相平衡,初步构建了钒渣基础渣系的相图,拟为提钒工艺的进一步优化、钒渣质量的更加提高提供理论支撑。 本文通过对钒渣体系物理化学性能及相平衡的研究,得到的结论如下: ①对含钒铁水中各元素氧化过程物理化学特性的研究结果表明,弱氧化剂CO_2作为含钒铁水的氧化气体,能够氧化铁水中各元素,但氧化速度有明显差异,用强氧化剂O_2吹炼含钒铁水,V的氧化明显增强,但整个过程中,始终滞后于Ti的氧化速度和氧化程度,即只要铁水中有钛元素,钒渣中将优先形成TiO_2。 ②钒在钒渣中以正式钒铁尖晶石FeV_2O_4和反式钒铁尖晶石Fe_2VO_4的形式存在。钒渣中钒铁尖晶石结晶的生成和长大需要一定的过冷度,其最适宜的生长温度为1250℃。钒渣中尖晶石的数量和粒径与V_2O_3含量和w(FeO)/w(SiO_2)比值都有关系。 ③钒渣粘度与温度的关系符合阿累尼乌斯方程,即温度升高,钒渣的粘度降低。渣中组分SiO_2对钒渣粘度的影响较为明显,低SiO_2含量时,提高其浓度可以降低钒渣的粘度,但是当SiO_2含量较高时,提高其浓度反而会使钒渣粘度升高。钒渣的粘度随V_2O_3含量的增加而升高,随w(FeO)/w(SiO_2)比值的升高而下降。 ④在铁钒体系中,由于FeO的存在,FeO将与VO_2发生耦合生成V_2O_3,但不能与V_2O_3发生耦合生成VO。温度和FeO含量影响提钒体系中产物的组成。FeVO4的生成条件是V_2O_5含量较高尚余部分未分解时。Fe_2VO_4的生成条件是V_2O_5含量较少全部分解,FeO含量较高而只有少量被氧化时。 ⑤修正的准化学溶液模型理论可以用来计算钒渣体系的相图。在确定了相图计算及实验可靠性的基础上,对FeO-SiO_2-V_2O_3三元系进行了不同等温截面的计算,得到了钒渣冶炼温度下该体系的等温截面。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TF841.3

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【参考文献】
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