PDF《低温还原钛铁矿生产高钛渣的新工艺》

1 000~

1 200 e 的还原性能, 结果表明, 在1

200 e 恒温

180 min, 钛铁矿的金属化率达到 85% .因此还原效果不很理想. Williams 等人[ 3, 4] 研究了通过球磨促发方式实现 钛精矿的低温还原性能, 发现了在

760 e 条件下恒温

30 min 基本上将铁从钛精矿中还原出来这一低温反 应现象, 具有很强的理论意义.但是实验条件很苛 刻, 要求钛精矿的颗粒度在 1~

2 L m, 一般球磨机难 以实现这一目标, 即使能够达到, 也将耗费大量能量. 赵沛等人提出了煤基低温冶金学和冶金流程[ 5] , 可将铁矿石的冶炼温度降低到

700 e 以下, 甚至更低 的温度.在此基础上, 钢铁研究总院低温冶金学课题 组经过研究, 发现钛精矿粉体的平均粒度在

10 L m 左 右时也能将它的还原温度降低到

600 e 左右, 并且研 究出一种高效球磨机, 这样为钛精矿的低温还原工艺 的产业化奠定了理论和实践基础.

1 钛铁矿生产高钛渣的低温还原特性 实验中, 钛精矿的化学成分见表 1, 碳的纯度为 分析纯, 它们的平均粒度约为

100 L m, 将一部分原料 用高效球磨机磨细到

10 L m 左右.然后将原料按一 定比例混匀, 进行热重试验( 测量仪器为杜邦

951 差 热热重扫描量热仪, 升温速度

5 e / min, 氮气保护) , 结果见图 1. 钛精矿的主要物相为 FeTiO3, 它与碳的化学反应 如( 1) 式所示: FeTiO3+ C= Fe+ TiO2+ CO $G b =

181 454- 167. 35T ( 1) 在标准状态下, 开始反应的温度为

811 e 左右. 表1钛铁矿粉的化学成分 Table

1 Composition of ilmenite % TiO2 TFe FeO Fe2O3 MgO 44.

76 30.

92 34.

68 5.

38 5.20 图1钛铁矿粉被碳粉还原的热重分析试验 Fig.

1 Thermogravimetric analysis of ilmenite reduced by carbon 实际上反应由于受动力学限制, 即使温度在

1 200 e , 反应速度也较慢.这也是使用电炉熔炼法生产高 钛渣的原因之一. 从图1 可见, 当使用普通粉体还原时, 起始反应 温度约为

800 e , 当温度升至

980 e 时, 还原率不足 20% .因此普通粉体(

100 L m 左右) 难以实现低温快 速还原反应.只有将粉体变成超细粉后(

10 L m 左右 时) , 才能出现明显的低温反应现象, 反应起始温度可 以降低到

200 e 左右.从图

1 可见, 当反应温度升到

700 e 左右时, 铁的还原基本结束, 而当升温至

900 e 以上时, 出现 TiO2 被还原成 Ti3O5 的还原反应.实 验表明, 在600 e 恒温

1 h, 还原率可以达到 95% 以上. 为什么超细粉体会出现低温还原反应现象呢? 首先, 在反应热力学上, 由于钛精矿粉的粒度降低到

10 L m 左右或更细时, 粉体的表面能和晶格能增加, 这样可以降低吸热反应的自由焓, 因此理论起始反应 温度下降. 另一方面, 超细粉体的反应动力学条件非常优 越.首先超细粉体在变细过程中, 粉体表面出现许多 活化中心, 降低了反应的活化能;

其次, 反应表面积增 加了数十倍, 也加快了反应速度.总之, 粉体变成超 细粉体后, 在热力学和动力学上均有利于低温还原反 应的发生, 更为系统和深刻的理论研究结果将在今后 报道.

2 钛铁矿超细粉的制备工艺 传统的球磨机很难将钛铁矿粉体磨细到

10 L m 以下, 如何得到超细钛铁矿粉? 为此研究开发出一种 #

2 # 钢铁钒钛2005 年第26 卷 高效连续式球磨机, 可将钛铁矿粉体磨细到

10 L m 以下.实验用高效球磨机的内径为