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《昆明理工大学》 2011年
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微波强化还原低品位钛精矿新工艺及理论研究

雷鹰  
【摘要】:针对攀枝花钛精矿固相还原方面存在的问题,本文提出微波强化还原低品位钛精矿新工艺。论文以金属化率为考察指标,优化了微波强化还原钛精矿配碳球团以及微波强化还原机械活化预处理钛精矿的新工艺。在此基础上,采用常规加热和微波加热对比的方法,研究了还原产物相组成、显微结构、铁晶粒生长形态和铁晶粒生长动力学等,揭示了微波强化低品位钛精矿碳热还原的过程反应机理,详细考察了机械力对钛精矿结构及反应特性的影响,并系统研究了机械活化后钛精矿的常规加热等温还原表观动力学和微波加热非等温还原表观动力学,揭示了机械活化-微波对低品位钛精矿协同强化还原的过程反应机理。 (1)研究了钛精矿金属矿物分布、解离情况,以及氧化前后钛精矿的微观形貌变化。测定了不同TiO2品位钛精矿的介电特性。采用终端开路同轴线反射法,通过矢量网络分析仪测定了不同TiO2品位钛精矿的反射系数幅值|Γ|和相位中变化,并运用遗传算法和有限元来反演出被测物料的介电系数ε'、损耗因子ε''。测定了钛精矿及相关物质的微波升温特性,分析了化学成分、化学反应热和热辐射对升温速率的影响规律。 (2)探索了氧化条件、配碳量、添加剂种类、还原温度和保持时间等因素对微波还原钛精矿配碳球团产物铁金属化率的影响规律,在此基础上建立了还原温度、保持时间和配碳量等可信因子与响应值金属化率的数学模型。 (3)采用常规加热和微波加热对比,揭示了微波对低品位钛精矿碳热还原过程的强化机理。微波加热可减少Fe2+固溶,缩短铁晶粒形核期,增加铁晶粒初晶数量,驱动铁晶粒快速长大,使微区出现应力裂纹,并能促进铁连晶形成,降低铁晶粒生长界面扩散能垒;以铁晶粒大小和金属化率大小为研究对象,分别采用K-S模型和A-E模型拟合计算得到常规和微波加热条件下铁晶粒的生长激活能、形核活化能和生长活化能。 (4)研究了机械力对钛精矿结构及反应特性的影响。机械活化使钛精矿颗粒及晶粒细化,出现大量新表面,其x衍射特征峰峰强降低,半高宽增加,导致晶格应变和结构无序化并可能出现畸变,使钛精矿活性提高,同时活化处理增加了钛铁矿与石墨的紧密接触。以上原因是导致钛精矿碳热还原过程温度降低、速率提高的主要原因。 (5)测定了不同球磨活化时间下钛精矿与石墨混合物介电常数和损耗正切随频率变化关系,探索了球磨活化时间、还原温度和保持时间等因素对产物铁金属化率的影响规律,在此基础上建立了上述可信因子与响应值金属化率的数学模型。 (6)系统的研究了未活化和活化1-8h钛精矿的常规加热等温还原表观动力学,分析了反应过程控制机理,对比了还原反应速率常数,拟合得到了常规等温还原反应表观活化能;建立了微波非等温表观动力学实验装置,测定了320-960w不同微波功率下活化钛精矿的还原度曲线和温度变化曲线,分析了反应过程控制机理,拟合计算得到微波非等温还原反应表观活化能。对比了两种加热条件下活化能等动力学参数的不同,揭示了机械活化-微波对低品位钛精矿碳热还原过程的协同强化机理。 新工艺将可利用钛精矿的Ti02品位降低至37-39%。论文工作的开展对形成微波和机械活化强化还原新工艺、完善微波和机械活化强化还原理论及拓宽微波和机械活化应用领域等具有重要意义。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TF823

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