论文部分内容阅读
我国拥有丰富的钛铁矿资源，生产钛白和海绵钛的主要原料都是四氯化钛，因此，四氯化钛在钛工业中占据重要地位。由于生产四氯化钛的沸腾氯化法要求原料中二氧化钛含量大于85％，另外，因环保要求硫酸法钛白生产的原料也应有较高的二氧化钛品位。随着自然金红石的逐渐消耗和枯竭，利用储量丰富的钛铁矿作为原料制备富钛料代替自然金红石已成必然，从而对钛铁矿进行还原分离铁提高二氧化钛品位变得非常重要。
论文通过HSC计算化学软件对钛精矿碳热还原热力学进行了计算，从理论上解析了反应平衡时可能生成的各种组分及它们之间的关系。
利用热重分析方法对钛精矿碳热还原动力学进行了研究，结果发现：碳热还原中温度低于1100℃，反应属于化学反应控制，还原反应表观活化能为265 kJ/mol；在1100～1250℃之间，反应属于混合控制区，反应表观活化能为164 kJ/mol；当温度高于1250℃时，反应为扩散控制，控制反应速度的因素是反应物及产物的扩散速度，反应表观活化能为157 kJ/mol。通过XRD分析了不同温度下的还原产品。通过光学显微镜对样品表面形貌进行了观察，发现较高温度有利于更细小铁颗粒的生成。同时对锰、镁氧化物杂质对还原反应的影响进行了解析。对比钛精矿及铁精矿的碳热球团还原发现，由于钛精矿中钛酸铁多了一个复合物的离解反应，故钛精矿的碳热还原较铁精矿更难。
添加剂催化碳热还原反应的研究表明，随着添加剂离子半径的增加，碱金属氯化物的催化效果越明显，碱金属氯化物的催化效果顺序为CsCl＞KCl＞NaCl＞LiCl。由添加剂催化碳热还原反应动力学分析知，产物层扩散阻力影响较大。氟化物能降低钛精矿碳热还原的扩散阻力，却明显增加了界面反应阻力，造成反应初期没有促进效果的现象。
对氢浓度、温度、预氧化等对钛精矿氢还原的影响进行了研究。氢还原动力学分析表明：在800～1000℃温度范围内30％氢还原和在900～1000℃温度范围内40％氢还原反应符合混合控制；纯氢还原中800℃和850℃符合扩散控制，在900～1000℃温度范围内为混合控制。在800～1000℃温度范围内30％氢还原界面化学反应及扩散的表观活化能分别为140 kJ/mol和149 kJ/mol；在900～1000℃温度范围内40％氢还原界面化学反应及扩散的表观活化能分别为99 kJ/mol和101 kJ/mol；在900～1000℃温度范围内纯氢还原界面化学反应及扩散的表观活化能分别为78 kJ/mol和94kJ/mol。在900℃30％氢还原条件下，预氧化使氢还原钛精矿的还原程度大约提高了10％。钛精矿氢还原表观活化能与钛精矿碳热还原表观活化能相比，要远远低于其表观活化能，从而钛精矿的氢还原更为容易。
利用表面张力测定装置对熔铁与钛矿还原球团的润湿性及界面渗透现象进行观察，发现还原程度越高的球团与熔铁之间的润湿角越大分离功越小，预示高温有利于铁和钛氧化物的分离。对凝固后的试样分析表明，熔铁与不同碳还原球团基板有不同程度渗透，而与氢还原球团基板未发现明显渗透。