PDF《包钢含铌尾矿铌富集的热力学分析和实验研究》

6 + 7C = CaO + 2N bC + 5CO , ?G o

5 = 1179600- 835. 29T

11212 纯N b2O

5 的碳热还原

6 内蒙古石油化工

2009 年第21 期Ξ收稿日期: 2009- 06-

12 N b2O

5 碳热还原涉及多价氧化物的逐级还原和 铌的碳化物生成两个问题[3 ] .在铌的氧化物中N bO 最稳定, 铌的碳化物中N b2C 最稳定.最终能否用碳 热还原法得到金属铌, 取决于以下反应能否进行: N bO (s) + N b2C (s) = 3N b (s) + CO (g) , ?G o

1 = 493600- 184.

1 (T K) J mo l 标准状态下该反应的初始反应温度(T = 2681. 15K) 太高, 采用真空条件, 可使温度降低到 1730℃. 这是目前制备金属铌的实际工艺, 其实际真空度为 40Pa, 反应温度2000K. 而从热力学的角度来看, 当以N b2O

5 为原料进 行还原时,N b2O

5 离解时将优先生成N bO 2, 然后是 N bO , 最后生成N b, 即N b2O

5 →N bO

2 →N bO →N b. 这是一个逐步进行的过程, 且反应的开始温度逐渐 升高. N b2O 5+ C= 2N bO 2+ CO , ?G

0 = 206524- 171. 7T , T始= 1203K N bO

2 + C = N bO + CO , ?G

0 =

255057 - 166. 1T , T始= 1535K N bO + C = N b+ CO , ?G

0 = 299826- 172. 4T , T 始= 1739K 由上述热力学计算可知: 在还原熔炼过程中采 用碳热还原法有效分离铁、 磷和铌, 还原的温度应高 于1000℃, 温度提高则渣中的磷含量降低, 但温度不 宜超过铌的还原温度1400℃. 还原铌和冶炼铌铁时, 温度则应控制在1400℃以上.

2 包钢含铌尾矿铌富集实验研究 基于上述分析, 采用碳热还原法开展尾矿还原 实验, 以考察脱铁除磷富集铌的效果. 2.

1 原料处理 本实验所用原料为包钢尾矿, 其成分见表

1 所示. 将尾矿和焦粉按照计算所得质量比混合均匀, 用 蒸馏水湿润后装入模具内, 压制成

5 15mm *5mm 试样. 压制好的试样用托盘盛装送入烤箱内在120℃ 温度下干燥, 以备试验采用. 表1 尾矿的化学成分 成分 TFe FeO TRE2O2 N b2O5 SiO2 A l2O3 CaO M gO M nO 含量, % 26.

01 1.

90 4.

51 0.

23 18.

06 1.

12 13.

80 3.

30 2.

16 成分 TiO

2 K2O N a2O BaO P2O5 F S C 烧失量 含量, % 0.

87 0.

87 1.

24 1.

16 1.

17 6.

90 0.

53 1.

93 8.

53 2.

2 实验内容 还原试验用石墨坩埚在高温硅碳管炉内进行, 还原温度为1050℃, 熔分温度为1400℃. 反应所需的 一氧化碳由煤气发生炉内通过焦炭和二氧化碳反应 产生, 并经过钠石灰脱二氧化碳, 二级硅胶脱水干燥 后通入还原炉.反应2h 后实验结束, 用N

2 保护冷却 降温. 试验装置如图1 所示: 1. 煤气发生炉;

21 煤气干燥剂;

3、 4. 流量计;

5. 干燥剂;

6. 热电偶;

7. 熔滴炉;

8. 观察窗;

9. 基座;

10. 尾气净化 图1 还原熔滴试验装置流程图 熔分后, 得到分离较好的渣样和铁样. 为观察渣 样和铁样的组织, 将其制成显微观测试样, 制作方法 为: ①分别从渣样和铁样中取出形状较为规则、 组 织致密的小块;

②将渣样和铁样在砂轮上打磨出便 于用砂纸磨砂的平面;

③分别用 120# 、 240# 、

400 # 、 600# 、 800# 金相砂纸对两试样进行粗磨、 细磨;

④将铁样和渣样做扫描电镜分析;

⑤将铁样用4% 硝 酸酒精侵蚀, 吹干, 在蔡司显微镜上利用不同倍数进 行观察.

3 结果与分析 3.

1 预还原熔分脱铁富铌渣分析结果 表2 还原熔分渣化学分析结果 预还原温度(℃) N b2O

5 成分(% ) P FeO

1000 0.