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高碱度CaO-Al2O3-SiO2-MgO-TiO2-Na2O六元渣系脱硫性能的研究

高碱度CaO-Al2O3-SiO2-MgO-TiO2-Na2O六元渣系脱硫性能的研究

引用

作者：姜喜远江西理工大学

学位级别：硕士

广西平果铝厂的拜耳法赤泥因含有Fe、Si、Al、Ca以及贵重的Ti、V、Sc(钪)、稀土元素、Ta等稀有金属而独具特色,是一种珍贵而丰富的二次资源,具有非常高的综合利用价值。平果赤泥的综合利用可通过以下三个环节得以实现,首先,利用COREX熔... 详细信息

广西平果铝厂的拜耳法赤泥因含有Fe、Si、Al、Ca以及贵重的Ti、V、Sc(钪)、稀土元素、Ta等稀有金属而独具特色,是一种珍贵而丰富的二次资源,具有非常高的综合利用价值。平果赤泥的综合利用可通过以下三个环节得以实现,首先,利用COREX熔融还原炼铁工艺处理高铁赤泥,赤泥中Fe被还原得到生铁,而Al,Sc等元素进入还原炉渣;然后,还原炉渣经碳酸钠溶液湿磨溶出,回收其中的AlO;最后,富集浸出渣中的贵重金属Sc,通过萃取法萃取回收Sc。在还原、浸出、萃取三大冶金过程中,熔融还原过程是首要环节,还原炉渣的冶金性能对冶炼具有非常重要的影响,其中炉渣脱硫性能如何将直接影响还原生铁的质量。因此,本文拟对六元CaO-AlO-SiO-MgO-TiO-NaO还原炉渣的脱硫性能进行研究,研究结果为赤泥及其他相似冶金资源回收利用提供理论依据。本文首先通过单因素脱硫实验研究,考察了各组分对渣系脱硫性能的影响规律;建立基于分子离子共存理论与硫容量理论的热力学模型,考察理论热力学模型对本渣系的应用情况;最后通过均匀设计实验,建立了炉渣组元与硫分配比之间的数学回归模型。本文主要研究内容及结论如下:1)进行了高碱度高氧化铝CaO-AlO-SiO-MgO-TiO-NaO六元渣系的单因素脱硫实验。结果表明,在实验研究范围内,渣铁间硫分配比随炉渣碱度的增加而提高,当炉渣碱度大于2.9时,炉渣硫分配比均在140以上,表明该渣系具有较强的脱硫能力。当碱度一定时,MgO对硫分配比的影响不大,TiO、AlO均使硫分配比降低,其中AlO降低硫分配比较为明显。硫分配比随NaO增加而增加,少量的NaO即可明显提高炉渣的脱硫能力。2)首次基于分子离子共存理论,建立了CaO-AlO-SiO-MgO-TiO-NaO渣系中结构单元或离子对的作用浓度控制方程及CaO-AlO-SiO-MgO-TiO-NaO渣系与碳饱和铁液间的硫分配比热力学模型。研究表明,理论计算各因素对硫分配比的影响规律与实验值相似,但具体数值存在一定差距,主要原因为实验值未达到理论模型所要求的理论热力学意义上的平衡,故分子离子共存理论模型不能满足预报实际冶炼硫分配比的要求。3)基于Young硫容量理论模型,建立了炉渣与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型。利用热力学模型计算渣系的硫分配比,并与实验值进行对比,计算结果表明,该热力学模型也不能满足预报实际冶炼硫分配比的要求。4)通过均匀设计实验,利用偏最小二乘法进行回归,首次建立了各组元与渣铁间硫分配比之间关系的数学回归模型。通过计算值与实测硫分配比对比,表明该数学回归模型能很好地预测组元对CaO-AlO-Si O-MgO-TiO-NaO渣系与铁液间的硫分配比的影响规律,为赤泥熔融还原工艺提供了可靠的理论依据。

关键词：熔融还原炉渣硫分配比分子离子共存理论热力学模型数学回归模型

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