高铬型钒钛磁铁精矿还原提铁—湿法治金提取钛钒铬新过程

发布时间：2017-03-20 04:08

  本文关键词：高铬型钒钛磁铁精矿还原提铁—湿法治金提取钛钒铬新过程，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高铬型钒钛磁铁矿是我国重大特色矿产资源,储量高达35.5亿吨,且为铁、钛、钒、铬等多金属共生,具有很高的综合利用价值。目前,高炉法和直接还原-电炉熔分法用于冶炼钒钛磁铁精矿时,存在资源综合利用率低、能耗高、环境污染重等问题。针对这一现状,本论文提出高铬型钒钛磁铁精矿综合利用新工艺,该工艺基于选择性直接还原、磁选分离和盐酸浸出等技术,为高铬型钒钛磁铁精矿中铁、钛、钒、铬等资源的高效综合利用提供一条新途径。论文取得的创新性成果如下：(1)系统研究了钒钛磁铁精矿直接还原过程的热力学,确定了通过选择性直接还原实现铁与钛／钒／铬分离的可行性。选择性直接还原过程铁颗粒长大的研究表明,向还原体系引入含钠或含硅添加剂,有利于生成少量液相,改善金属铁相的扩散,从而促进金属铁颗粒长大。(2)采用煤基选择性直接还原-磁选分离技术实现了高铬型钒钛磁铁精矿中铁与钛／钒／铬的高效分离,并对选择性还原过程钒、铬的迁移机理和相间分配规律进行了深入研究。研究结果表明,通过控制C/Fe摩尔比和还原温度,可使精矿中的钒和铬不被还原为碳化物而固溶于奥氏体中,从而控制在还原过程中钒、铬的走向与钛一致：在优化条件下,铁精粉中铁的回收率为88.3%,钒铬钛渣中钛、钒和铬的回收率分别为94.0%、90.0%和90.4%。(3)系统研究了钒铬钛渣盐酸常压浸出过程的工艺条件和宏观动力学。研究结果表明,在优化条件下,钒和铬的浸出率分别为76.5%和83.6%,渣中亚铁假板钛矿难以被盐酸有效分解而影响了钒和铬的浸出率；钒和铬在盐酸中的浸出过程均符合未反应收缩核模型,受固体产物层内扩散控制,其表观活化能分别为31.6kJ/mol和39.8kJ/mol。(4)采用盐酸加压浸出技术实现了钒铬钛渣中钛与钒／铬的高效分离,并对盐酸浸出过程钛和硅的浸出机制进行了深入研究。研究结果表明,盐酸浸出过程钛和硅的浸出行为符合先溶解-再沉淀机理,因此,与盐酸浸出前进行预脱硅相比,盐酸浸出后进行碱浸处理的脱硅效率大幅提高,在优化条件下,钒、铬和硅的浸出率分别为90.9%、92.3%和94.3%,钛损低于1.5%,并获得TiO2含量高于91%的高钛渣；所得高钛渣中存在晶粒细化、晶格缺陷和氧非化学计量等,因而能被浓硫酸高效分解,可用作硫酸法钛白生产原料。
【关键词】：高铬型钒钛磁铁矿 选择性还原 磁选分离 盐酸浸出 综合利用
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(过程工程研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD95
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 1 前言15-37
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 世界钒钛磁铁矿资源分布16-18
• 1.2.1 国外钒钛磁铁矿资源分布16-17
• 1.2.2 我国钒钛磁铁矿资源分布17-18
• 1.3 钒钛磁铁矿分选技术现状18-20
• 1.3.1 国外钒钛磁铁矿分选工艺现状18-19
• 1.3.2 我国钒钛磁铁矿分选工艺现状19-20
• 1.4 钒钛磁铁精矿冶炼现状20-27
• 1.4.1 高炉法21-22
• 1.4.2 钠化提钒-预还原-电炉熔分法22-23
• 1.4.3 隧道窑还原-磨选法23-24
• 1.4.4 转底炉还原-电炉熔分法24-25
• 1.4.5 回转窑还原-电炉熔分法25-26
• 1.4.6 其他直接还原技术26-27
• 1.5 富钛料的生产方法27-34
• 1.5.1 电炉熔炼法27-28
• 1.5.2 还原-锈蚀法28-29
• 1.5.3 盐酸浸出法29-32
• 1.5.3.1 弱还原-盐酸浸出法29-30
• 1.5.3.2 强氧化-弱还原-盐酸浸出法30-31
• 1.5.3.3 浓盐酸浸出法31-32
• 1.5.3.4 其他盐酸浸出方法32
• 1.5.4 硫酸浸出法32-34
• 1.6 本论文研究思路和研究内容34-37
• 1.6.1 研究思路34-35
• 1.6.2 研究内容35-37
• 2 高铬型钒钛磁铁糟矿直接还原热力学研究37-51
• 2.1 前言37
• 2.2 热力学计算原理37-39
• 2.3 高铬型钒钛磁铁精矿直接还原的热力学研究39-49
• 2.3.1 氧化物的稳定性39-41
• 2.3.2 铁氧化物和钛氧化物的还原41-44
• 2.3.3 钒氧化物的还原44-46
• 2.3.4 铬氧化物的还原46-49
• 2.4 本章小结49-51
• 3 选择性直接还原过程铁颗粒长大特性研究51-65
• 3.1 前言51
• 3.2 实验部分51-56
• 3.2.1 实验原料及仪器51-54
• 3.2.2 实验方法54
• 3.2.3 分析与表征方法54-56
• 3.2.3.1 分析方法54-55
• 3.2.3.2 表征方法55-56
• 3.3 结果与讨论56-63
• 3.3.1 还原产物物相分析56-57
• 3.3.2 反应温度对金属铁颗粒长大的影响57-58
• 3.3.3 煤粉种类对金属铁颗粒长大的影响58
• 3.3.4 添加剂对金属铁颗粒长大的影响58-60
• 3.3.5 添加剂对金属铁颗粒长大的影响机制60-63
• 3.4 本章小结63-65
• 4 选择性直接还原-磁选分离过程的研究65-87
• 4.1 前言65
• 4.2 实验部分65-70
• 4.2.1 实验材料及仪器65-67
• 4.2.2 实验方法67-68
• 4.2.3 分析与表征方法68-70
• 4.2.3.1 分析方法68-69
• 4.2.3.2 表征方法69-70
• 4.3 结果与讨论70-84
• 4.3.1 高铬型钒钛磁铁精矿矿物组成分析70-71
• 4.3.2 C/Fe摩尔比的影响71-74
• 4.3.2.1 C/Fe摩尔比对组分回收率的影响71-72
• 4.3.2.2 C/Fe摩尔比对还原过程物相转变的影响72-73
• 4.3.2.3 C/Fe摩尔比对钒、铬还原的影响73-74
• 4.3.3 低C/Fe摩尔比下还原温度的影响74-77
• 4.3.3.1 温度对组分回收率的影响74-75
• 4.3.3.2 温度对还原过程物相转变的影响75-76
• 4.3.3.3 温度对钒、铬还原的影响76-77
• 4.3.4 高C/Fe摩尔比下还原温度的影响77-80
• 4.3.4.1 温度对组分回收率的影响77-78
• 4.3.4.2 温度对还原过程物相转变的影响78
• 4.3.4.3 温度对钒、铬还原的影响78-80
• 4.3.6 还原时间的影响80-81
• 4.3.6.1 时间对组分回收率的影响80
• 4.3.6.2 时间对还原过程物相转变的影响80-81
• 4.3.7 磁选分离工艺研究81-84
• 4.3.7.1 磨矿细度的影响81-82
• 4.3.7.2 磁场强度的影响82-83
• 4.3.7.3 磁选产品表征83-84
• 4.4 本章小结84-87
• 5 钒铬钛渣盐酸常压浸出过程的研究87-111
• 5.1 前言87
• 5.2 实验部分87-89
• 5.2.1 实验材料及仪器87-88
• 5.2.2 实验方法88
• 5.2.3 分析与表征方法88-89
• 5.2.3.1 分析方法88-89
• 5.2.3.2 表征方法89
• 5.3 结果与讨论89-110
• 5.3.1 钒铬钛渣的MLA分析89-93
• 5.3.1.1 矿物组成定量89-90
• 5.3.1.2 主要矿物的单体解离情况90
• 5.3.1.3 主要矿物的粒度分布90-91
• 5.3.1.4 主要矿物的嵌布状态91-93
• 5.3.2 盐酸浸出过程的E-pH图研究93-100
• 5.3.3 钒铬钛渣盐酸常压浸出过程研究100-106
• 5.3.3.1 初始盐酸浓度的影响101-102
• 5.3.3.2 酸渣质量比的影响102-103
• 5.3.3.3 浸出温度的影响103-104
• 5.3.3.4 浸出时间的影响104-105
• 5.3.3.5 V、Cr浸出率低的原因分析105-106
• 5.3.4 盐酸常压浸出过程钒、铬浸出动力学研究106-110
• 5.4 本章小结110-111
• 6 钒铬钛渣盐酸加压漫出制备富钛料的研究111-129
• 6.1 前言111
• 6.2 实验部分111-113
• 6.2.1 实验材料及仪器111-112
• 6.2.2 实验方法112
• 6.2.2.1 预脱硅实验112
• 6.2.2.2 盐酸加压浸出实验112
• 6.2.3 分析与表征方法112-113
• 6.2.3.1 分析方法112
• 6.2.3.2 表征方法112-113
• 6.3 结果与讨论113-128
• 6.3.1 预脱硅实验研究113-120
• 6.3.1.1 盐酸浓度的影响113-115
• 6.3.1.2 液固质量比的影响115-116
• 6.3.1.3 温度的影响116-118
• 6.3.1.4 时间的影响118-119
• 6.3.1.5 预脱硅渣的表征119-120
• 6.3.2 预脱硅渣盐酸加压浸出制备富钛料的研究120-128
• 6.3.2.1 初始盐酸浓度的影响120-122
• 6.3.2.2 酸渣质量比的影响122-124
• 6.3.2.3 浸出温度的影响124-126
• 6.3.2.4 恒温时间的影响126-127
• 6.3.2.5 富钛料的表征127-128
• 6.4 本章小结128-129
• 7 钒铬钛渣盐酸直接加压浸出制备商钛渣的研究129-151
• 7.1 前言129
• 7.2 实验部分129-132
• 7.2.1 实验材料及仪器129-130
• 7.2.2 实验方法130
• 7.2.2.1 盐酸加压浸出实验130
• 7.2.2.2 碱浸脱硅实验130
• 7.2.3 分析与表征方法130-132
• 7.2.3.1 分析方法131
• 7.2.3.2 表征方法131-132
• 7.3 结果与讨论132-146
• 7.3.1 盐酸加压浸出实验研究132-137
• 7.3.1.1 初始盐酸浓度的影响132-134
• 7.3.1.2 酸渣质量比的影响134-135
• 7.3.1.3 浸出温度的影响135-136
• 7.3.1.4 恒温时间的影响136-137
• 7.3.2 加压浸出过程Ti、Si浸出行为研究137-142
• 7.3.3 碱浸脱硅实验研究142-145
• 7.3.3.1 初始碱浓度的影响142
• 7.3.3.2 液固质量比的影响142-143
• 7.3.3.3 碱浸温度的影响143-144
• 7.3.3.4 碱浸时间的影响144
• 7.3.3.5 高钛渣的表征144-145
• 7.3.4 碱浸过程Si的行为研究145-146
• 7.5 硫酸分解高钛渣探索实验146-147
• 7.6 高铬型钒钛磁铁精矿综合利用新工艺147-149
• 7.7 本章小结149-151
• 8 结论与展望151-155
• 8.1 主要结论151-152
• 8.2 主要创新点152-153
• 8.3 下一步展望153-155
• 符号表155-157
• 参考文献157-165
• 个人简历及发表文章目录165-167
• 致谢167

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