含钒铁水钒氧化动力学研究

【摘要】： 转炉提钒中钒氧化成渣过程反应的动力学条件决定了钒的氧化速率和转化率,是提钒制定和优化工艺的基础,钒渣品位和提钒效率与铁水中钒的氧化动力学有着密切的关系,但目前在这一方面的研究和报道很少。本文针对转炉铁水提钒工艺,研究了含钒铁水钒氧化动力学。通过对含钒铁水钒氧化的机理分析和实验研究,进一步明确了钒渣中钒的价态转变和存在形式,构建了钒氧化动力学模型,在实验室开展了铁水条件及钒渣组分对钒氧化速率的研究,确定了反应的限制性环节和速率常数。为优化现有提钒工艺,提高钒渣品位和钒回收率提供理论依据。本文的主要研究结果如下: ①对含钒铁水中钒的氧化反应进行了机理分析,通过实验研究,确定了钒氧化反应的产物。结果表明:钒主要被氧化成V3+,少部分被氧化成V2+,渣中铁以Fe~(2+)、Fe~(3+)形式存在。铁水中的钒被氧化为V_2O_3后,V_2O_3与FeO反应生成FeV_2O_4,与Fe2O3、FeO反应生成Fe_2VO_4。理论计算了钒氧化反应的转化温度,最佳的提钒反应温度应在1380℃附近。 ②通过改变初始铁水中的[%V]含量、氧化反应温度、渣铁比以及氧化剂中FeO和SiO2的含量,进行了铁水提钒钒氧化反应的动力学规律的研究。研究表明:较低的熔池反应温度、提高的初始铁水钒含量、采用高(FeO)和较低SiO_2含量的炉渣,增大加渣量,可以促进钒的氧化反应,有利于提高钒的氧化速率。 ③应用双膜理论构建了铁水中钒的氧化动力学模型,通过实验研究确定了,铁水中钒的氧化反应属于一级反应,V在铁水中的扩散和V_2O_3在渣相中的扩散是钒氧化反应的限制性环节。 ④实验条件下分析计算了表观速率常数k′的范围为0.035～0.123min-1,铁水中钒氧化的速率公式可以表示为: