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fe-Ti-o体系掺杂氧化镁碳热还原研究

Fe-Ti-O体系掺杂氧化镁碳热还原研究

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作者：陈云飞西安建筑科技大学

学位级别：硕士

我国钒钛磁铁矿储量巨大,资源丰富,是钢铁行业重要的原材料之一。钒钛磁铁矿具有结构复杂、成分各异、杂质氧化物种类繁多等特点,制约了矿物中有价金属的高效提取利用。矿中存在的氧化镁对还原有较大的影响。本文以合成的fetio、fetio、... 详细信息

我国钒钛磁铁矿储量巨大,资源丰富,是钢铁行业重要的原材料之一。钒钛磁铁矿具有结构复杂、成分各异、杂质氧化物种类繁多等特点,制约了矿物中有价金属的高效提取利用。矿中存在的氧化镁对还原有较大的影响。本文以合成的fetio、fetio、fetio-feo为原料,采用等温还原和非等温还原的实验方法,基于热力学计算,结合扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析检测技术,研究了fe-Ti-o体系掺杂氧化镁碳热还原规律,主要内容如下:非等温还原条件下,掺杂氧化镁提高了fetio反应分数,氧化镁掺杂量超过2%后,反应分数逐渐降低。较未掺杂氧化镁的样品,掺杂氧化镁降低了还原反应所需温度。等温还原研究表明,fetio掺杂氧化镁的金属化率优于未掺杂氧化镁的样品,较优的氧化镁掺杂量为4%。还原过程中晶胞体积有增大趋势,掺杂氧化镁的样品铁颗粒更为粗大,镁以(fe,Mg)tio、(fe,Mg)tio、Mgtio等物相存在。在反应分数为00%下,控制性环节由fetio碳还原反应控制转变为碳气化反应控制,掺杂氧化镁降低反应所需活化能,但不改变反应限制环节。以非等温还原的方式研究了fetio掺杂氧化镁碳热还原过程,研究表明,掺杂氧化镁明显降低了fetio反应分数。氧化镁掺杂量为4%的fetio反应分数最低,为67.67%。随掺杂量增加,金属化率呈先减小后增大的趋势。还原过程不同温度段的控制性环节依次为:化学反应控制、扩散控制、扩散与化学反应共同控制、化学反应控制,掺杂氧化镁延长了化学反应控制温度区间。掺杂氧化镁的fetio样品稳定性更好,还原至1100℃后,fetio被逐级还原为fetio、fetio、tio,铁开始明显富集。fetio-feo掺杂氧化镁后有Mgfeo产生,一方面fetio-feo被逐级还原为fetio、fetio、fetio、tio而析出铁;另一方面fetio与Mgfeo、C反应形成镁钛氧化物还原出铁。在非等温还原过程中,氧化镁掺杂量超过4%,反应分数、金属化率逐渐降低,反应速率最高为0.707%·℃,超过1100℃掺杂氧化镁的样品铁粒开始大量聚集,铁颗粒大而分散。等温还原过程中,反应分数随氧化镁掺杂量的增加而提高,还原5min后,样品中铁逐渐富集。铁被还原的晶型转变过程依次为四方晶系、三方晶系、正交晶系。

关键词： fetio3 fe2tio4 fe2tio4-fe3o4 氧化镁碳热还原

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