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高炉渣中有价组分选择性析出与解离

李大纲  
【摘要】:我国赋含多元素复合矿,比较有代表性的是包头白云鄂博矿和攀枝花钒钛磁铁矿。由于这些复合矿的矿物组成复杂,嵌布粒度细小,属难选、难冶的矿产资源。含铁复合矿开发利用是以冶炼铁元素为主,综合回收其它有价元素。原矿中非铁金属元素绝大部分进入渣相,成为复合矿冶金炉渣。 含稀土高炉渣是包头白云鄂博含铁、稀土、铌和萤石的复合矿直接入高炉冶炼的中间产品。在冶炼过程中,铁、磷、铌等被还原进入铁基的金属相,而稀土几乎不能被还原,留在渣相。 含钛高炉渣,是冶炼钒钛磁铁矿产生的高炉渣。TiO_2约占23-25%,主要分布于钙钛矿、富钛透辉石和攀钛透辉石中。已有的工作表明:对该渣进行氧化改性处理,可使TiO_2富集于钙钛矿相,且钙钛矿相的晶粒度可达50微米,满足选矿分离的要求。本文基于选择性析出原理,研究了含稀土高炉渣中相的构成、铈钙硅石相析出长大和含钛高炉渣中钙钛矿相的单体解离。研究结果如下: 应用扫描电镜(SEM)观察并配合成分能谱分析(EDX)和X射线衍射(XRD)分析的方法,研究了含稀土高炉凝渣的相构成。结果表明:绝大部分的稀土在凝固过程中富集到铈钙硅石(RE_2O_3·CaO·2SiO_2)一相中。凝渣由铈钙硅石、枪晶石(CaF_2·3CaO·2SiO_2)、萤石(CaF_2)和硫化钙(CaS)四相构成。 应用“淬火法”并结合图像分析技术,研究了等温及非等温过程含稀土高炉渣中铈钙硅石相的结晶行为,并讨论了该相析出和长大的动力学规律。实验结果表明:铈钙硅石相的开始析出温度为1310℃;铈钙硅石相的析出、生长与冷却速度α有关,冷却速度小,粗化明显,有利于铈钙硅石相长大。当α=0.5℃/min时,体积分数可达20%,平均半径150-180μm。铈钙硅石相的等温和变温过程析出动力学分别服从JMA和JMAK经验方程。等温准平衡过程铈钙硅石相颗粒平均半径的立方与时间呈直线关系。 含钛高炉渣的氧化改性处理,改变了凝渣的相构成,凝渣由钙钛矿相、硅灰石相及尖晶石相构成。 适当氧化对高炉渣中钙钛矿相的析出、长大和单体解离有利,本文实验条件下,氧化处理4分钟、磨矿细度-38μm钙钛矿的单体解离度可达到72%左右。通过对钙钛矿相单体解离的分析,渣中钙钛矿相的解离以分散解离为主,提高钙钛矿相的粒度仍是首要任务。


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