直接还原处理钒钛矿资源的几种典型工艺评述

对新西兰钢铁公司、南非海威尔德钢钒公司、中国攀钢资源综合利用中试线分别采用的钒钛矿处理工艺进行了详细阐述。新西兰钢铁公司和海威尔德采用回转窑直接还原—电炉熔炼—含钒铁水提钒工艺,只能提取钒钛矿中的铁和钒,钛进入熔分渣,TiO2品位低,提取困难。攀钢采用转底炉直接还原—熔分电炉深还原—提钒工艺,熔分过程不调渣,含钛炉渣品位较高,稳定在45%以上,可利用传统的硫酸法提钛,实现了钒钛磁铁矿铁、钒、钛的回收利用。介绍直接还原处理钒钛矿的工艺方法,对钒钛矿资源以及类似的多金属共生矿的开发利用有借鉴作用。

钒钛磁铁矿金属化球团生产工艺参数试验研究

针对攀钢资源综合利用中试线转底炉还原生产金属化球团工艺控制参数的需求,开展了钒钛磁精铁矿含碳球团实验室条件下的还原规律及基本还原参数探索,确定了试验控制参数,为转底炉工业化生产金属化球团工艺参数的选取提供了依据,基本满足了转底炉实际生产的需要。

某钒钛磁铁矿尾矿中铁、钛矿物的矿物学研究

为了实现钒钛磁铁矿尾矿中钛、铁等资源的二次综合利用,提高资源利用率,采用矿相显微镜、扫描电子显微镜和矿物自动解离系统(MLA)对某钒钛磁铁矿尾矿中铁和钛的赋存规律进行了详细研究,讨论了影响尾矿中钛、铁回收的矿物学因素。结果表明,该尾矿的颗粒较细,矿物主要包括钛铁矿、钛磁铁矿、黄铁矿等金属矿物和攀钛透辉石、斜长石和角闪石等脉石矿物组成;矿物中钛磁铁矿和钛铁矿除部分以单体解离态产出外,多呈形态各异的粒状沿脉石的粒间、边缘、裂隙及孔洞填充而构成较为复杂的镶嵌和包裹关系;铁、钛元素在目的矿物中的赋存比例分别为19.87%和51.62%;铁在钛铁矿、攀钛透辉石、角闪石中的赋存比例占78.85%,单体解离度为72.29%,TiO_2在钛铁矿、攀钛透辉石和角闪石的赋存比例占90.94%,单体解离度为71.43%,因此实现钛磁铁矿、钛磁铁矿和攀钛透辉石、角闪石的有效分离是提高铁、钛回收率的关键。

添加剂对钒钛磁铁矿烧结过程NO生成影响研究

利用烧结杯实验装置研究了不同添加剂对钒钛磁铁矿烧结过程NO生成影响。结果表明:在烧结混合料中加入尿素、氯化铵、碳酸铵及碳酸氢铵后烟气中NO的排放浓度及生成总量都有一定幅度的降低,同时未对烧结主要技术经济指标产生显著影响,其中添加尿素及氯化铵后对NO的减排效果最好;另外实验确定了尿素的最佳添加量为0. 5%,氯化铵的最佳添加量为0. 3%,在此条件下烧结过程NO的减排率分别达到22. 0%及20. 4%。

利用钒铁冶炼贫渣开发耐火浇注料试验研究

以钒铁冶炼贫渣为主要原料，通过破碎、粉磨等工艺制成粒度分别为10～4、4～0．5、＜0．5和＜0．045 mm 的原料，分析了贫渣的水化硬化性能，并按不同级配制备了贫渣浇注料，同时与现场使用的铁水罐用高铝浇注料进行了常温物理性能和抗高炉渣侵蚀性对比。结果表明：1）钒铁冶炼贫渣具有良好的耐火性能，同时具有良好的水化硬化特性。2）随着贫渣微粉掺加量的增加，贫渣浇注料试样强度明显增加；随着大颗粒骨料掺加量的增加，试样体积密度呈增长趋势；当试样配比（w）为粗骨料40％、细骨料30％、粉料10％、微粉20％时，具有最佳的综合性能，其物理性能和抗渣侵蚀性优于目前现场使用的铁水罐浇注料的，适合在现场推广应用。

新型钛可溶阳极电解产物后处理实验研究

针对钛可溶阳极电解产物后处理带来的产品污染和电解质回收难的问题,采用无水乙醇选择性溶出、不溶固体产物热态溶解——冷态结晶的方法实现电解产物中KCl的回收和钛粉获得;滤液经氯化、蒸馏实现钛酸乙脂制备和乙醇的回收。结果表明:无水乙醇与电解质液固比为10∶1,即可完全浸出低价钛氯化物。NaCl/KCl溶液与不溶物的液固比为5∶1时可完全溶出不溶物中的KCl,1L滤液可得127.3g结晶物,其成分为KCl 96.62%、NaCl 3.38%,所得的钛粉质量明显优于传统洗涤获得的钛粉。经氯化后的滤液完全生成钛酸乙脂需5倍体积量的氨气,乙醇回收率平均能达到96.3%,1L醇液能得47mL钛酸乙脂。

回用盐对铝粉除钒精制四氯化钛质量的影响研究

通过处理熔盐氯化生产四氯化钛过程中产生的盐酸和废盐水,获得含NaCl的回用盐。采用ICP、红外光谱和XRD的检测方法分析发现:回用盐中除了含有NaCl外还含有Na_(2)SO_(4)、NaClO_(3)和Na_(2)S_(2)O_(4)等杂质成分。通过热力学计算表明,在700~800℃的氯化温度条件下,Na_(2)SO_(4)在与氯气加碳氯化的条件下可能生成SO_(2)、SO_(2)Cl_(2)、SOCl_(2)、SCl_(2)、S_(2)Cl_(2)和CS_(2)等多种硫化物,其中溶于粗四氯化钛中的SO_(2)Cl_(2)、SOCl_(2)和SCl_(2)在蒸馏釜内会与铝粉除钒试剂中的TiCl_(3)参与反应,容易造成蒸馏液中的VOCl_(3)和AlCl_(3)含量超标,导致铝粉单耗增高,钛收率降低,精四氯化钛产品质量下降,回用盐不适合用于熔盐氯化生产四氯化钛。

钒钛磁铁矿烧结过程NO_X控制技术研究

利用烧结杯实验装置研究了不同烧结工艺参数对钒钛磁铁矿烧结烟气NO_X生成及烧结主要技术经济指标的影响。结果表明:随着混合料碱度、水分、料层厚度及燃料配比的降低,烟气中NO_X排放浓度呈现降低的趋势;同时上述参数的改变未对烧结速度、利用系数、烧结成品率和转鼓强度等烧结主要技术经济指标产生显著的影响。

不同原始组织TA17钛合金的热变形行为研究

通过热压缩试验研究了不同原始组织的TAl7钛合金在温度750-950℃和应变速率0．01-20s^-1范围内的热变形行为，并且分析了原始组织晶粒尺寸对TAl7钛合金热变形行为的影响。结果表明，TAl7钛合金在750～900℃时的变形机制主要以动态再结晶为主，峰值应变随着温度升高和应变速率的降低而降低；而在900～95℃C时以动态回复为主，峰值应变随着温度升高而增大。相同变形参数下，原始晶粒尺寸越小，热变形过程中的流变应力越小，动态再结晶程度越大。减小原始组织晶粒尺寸，可以有效提高TAl7钛合金的热加工稳定性，扩大热加工的可加工区间。

钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能

利用真空热轧复合方法制备了钒中间层钛/钢复合板,采用SEM、EDS和XRD等分析结合界面形貌、元素扩散行为和界面相组成。结果表明:钒中间层钛/钢复合板界面实现了良好的冶金结合。与拉剪强度测试相结合,研究了钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能。结果表明:钒中间层钛/钢复合板剪切强度均优于国家标准(140 MPa)。950℃轧制的复合板界面扩散层厚度大于900℃轧制的复合板扩散层厚度。钒中间层与Ti、Fe元素形成固溶体,有效阻止了金属间化合物TiFe和TiFe_2的产生。900℃轧制的钛钢复合板剪切强度为223 MPa,大于950℃轧制的复合板剪切强度。对剪切断口的分析表明裂纹多沿钒铁固溶体产生并扩展。

不同等级海绵钛真空蒸馏过程工艺控制对比研究

对海绵钛真空蒸馏提纯的原理及不同等级海绵钛真空蒸馏过程关键控制参数进行了对比分析研究,考察真空蒸馏过程中杂质组分行为、工艺控制对海绵钛产品质量带来的影响。理论分析结果表明:真空蒸馏过程中蒸馏物主要组分挥发能力由大到小顺序依次为Mg,MgCl_2,Mn,Fe,Si,Ti,杂质Mg与MgCl_2的挥发性远大于Ti。生产试验结果表明:提高蒸馏系统的真空度可有效提升海绵钛产品质量,O_A级海绵钛出炉时冷凝罐、蒸馏罐的系统压力比≤1级品炉次分别平均低16.82,6.05Pa;控制较低的喷淋水出水温度有利于海绵钛产品品级率的提升;不同品级率的海绵钛在真空蒸馏过程中的高恒温时长无明显差异;减少二次回炉、蒸馏电炉电阻丝烧断频次、蒸馏过程突然断电等异常情况将有助于提升海绵钛的品级率,并可减少等外钛的比例。

真空碳热还原制备碳氧钛的动力学研究

采用非等温固相模型对碳热还原TiO2历程和动力学条件进行研究.结果表明,真空碳热还原TiO2可分为四个阶段,第一阶段（1 373～1 523 K）主要物相为C和TinO2n-1（n≥5）,第二阶段（1 523～1 673 K）主要物相为C、TiC0.5O0..5和TinO2n-1（2≤n≤4）,第三阶段（1 673～1 833 K）主要物相为C、Ti2O3和TiC0.5O0.5,第四阶段（1 833～1 973 K）主要物相为TiC0.5O1.5;第一阶段动力学方程为α2=kt,受一维扩散控制,表观活化能为113.55 kJ/mol,第二阶段动力学方程为（1-α）1-1=kt,受二级化学反应控制,温度对还原率影响较大,表观活化能为303.36 kJ/mol,第三阶段动力学方程为2[（1-α）1/2-1]=kt,受1.5级化学反应控制,还原剂不足对反应影响较大,表观活化能为53.93kJ/mol,第四阶段动力学方程为1-2α/3-（1-α）2/3=kt,受三维扩散控制,物料疏松成为晶核长大的限制环节,表观活化能为99.22 kJ/mol.

钛白副产废酸和七水硫酸亚铁制备一水硫酸亚铁的研究

采用钛白副产物七水硫酸亚铁和废酸(硫酸质量分数约为20%)为原料,通过加热保温制备一水硫酸亚铁,并将其用于制备铁红。采用该工艺,转晶后的一水硫酸亚铁无需除杂其铁质量分数就可达到28%以上,而且通过控制转晶温度和保温时间可将其转化率提高到80%以上。制备的一水硫酸亚铁直接在回转炉中煅烧即可得到铁质量分数为60%以上的铁红。

钛精矿酸解固相物中钛的浸出行为及动力学研究

为了提高钛精矿酸解固相物中钛的浸出率,研究了钛精矿酸解固相物中钛浸出动力学并进行了工业应用试验。采用单因素浸出实验研究钛精矿酸解固相物中钛的浸出行为规律,探讨液固比、浸出温度、搅拌转速、浸出液酸浓度等参数对钛浸出行为的影响。结果表明:在水为浸出剂、浸出温度为65℃、浸出液固比1.67:1.00、浸出时间40 min、浸出搅拌转速250 r/min条件下,钛精矿酸解固相物中钛的浸出率达到98.04%;动力学分析发现,钛精矿酸解固相物中钛的浸出过程符合内扩散控制的收缩核模型,浸出反应的表观活化能为20.98 kJ/mol。工业应用结果表明,强化浸出后,钛总浸出率由96.42%提高至97.51%。

氯代磺酚C分光光度法测定钒钛磁铁矿中铌

在采用氯代磺酚C分光光度法测定钒钛磁铁矿中铌时,存在试样较难分解的问题,同时试样中的钛易水解干扰显色,钒也会与氯代磺酚C发生络合反应从而干扰测定。实验采用盐酸-氢氟酸-硫酸(1+1)溶解试样,通过加入酒石酸作为掩蔽剂消除了钛和钒的干扰,实现了氯代磺酚C分光光度法对钒钛磁铁矿中铌的测定。实验表明,在0.5~3.0mol/L盐酸介质中,铌的质量浓度在0.050~0.500μg/mL范围内与其对应的吸光度符合比尔定律,相关系数为0.9999。方法的检出限为0.002%(质量分数),测定下限为0.005%(质量分数)。干扰试验表明,试样中共存元素对铌测定的干扰可忽略。采用实验方法测定3个钒钛磁铁矿试样中铌,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)小于1.0%。按照实验方法测定6个钒钛磁铁矿样品,结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)相吻合。

钒铬还原渣富氧焙烧-碱浸提钒工艺研究

利用富氧焙烧-碱浸提钒工艺分离回收钒铬还原渣中的钒、铬。探讨了焙烧与浸出条件对钒、铬浸出率的影响。结果表明:在富氧气氛下,适当提高焙烧温度和延长焙烧时间有利于低价钒的氧化,从而提高钒的浸出率;选用Na OH作为浸出介质,有利于钒的浸出,且铬的浸出很少;适当提高碱液浓度和延长浸出时间效果更佳;浸出温度对钒、铬的浸出影响较小。钒铬还原渣在880℃下富氧焙烧2 h后经3 mol/L Na OH溶液在液固比为4∶1,温度为70℃下浸出1 h,钒的浸出率达92.36%,铬的浸出率小于6%。含钒碱浸液经酸性铵盐沉钒方式回收其中的钒,铬渣可另作他用。

攀枝花钛渣微波处理新工艺研究

本文以攀枝花钛渣作为研究对象,研究了碳酸钠改性、微波焙烧、磷酸浸出和微波煅烧联合处理工艺对钛渣晶型转变行为的影响规律。在碳酸钠改性过程中,钛渣与改性剂的配比为1∶0.3;在微波焙烧过程中,焙烧温度为900℃,焙烧时间为2h;在磷酸浸出过程中,磷酸质量分数为30%,浸出时间为5h;在微波煅烧过程中,煅烧温度为875℃,煅烧时间为0.5h。钛渣和煅烧产物的晶型结构、微观形貌和表面官能团分别采取了XRD、SEM和FT-IR进行分析。XRD分析表明,处理后的样品主峰为金红石型二氧化钛;SEM分析表明,短棒状的二氧化钛结构从样品内部生长出来;FT-IR分析表明,金红石型二氧化钛的吸收峰在546.77cm^(-1)的位置发生明显的蓝移,此方法能够有效的处理物相结构复杂的钛铁矿来制备人造金红石。

采用添加剂实现烧结污染物减排的实验研究

根据尿素的热解原理和SNCR法脱硝的温度反应区间,结合烧结过程中各带的分布特点,研究了烧结原料中加入微量添加剂(尿素、高锰酸钾),在对成品烧结矿性能没有太大影响的情况下,减排烧结烟气中硫化物与氮氧化物的可行性。结果表明:添加0.2%高锰酸钾,能加快烧结速度,改善烧结指标,并使烟气中SO2、NOX分别减少19.12%、12.3%;添加尿素后,烧结速度变慢,成品矿质量变化不大,NOX排放有所增加,但SO2排放大大减少。综合考虑,添加0.2%高锰酸钾和0.05%尿素对烧结烟气污染治理都具有很好的效果。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高钛型钒渣中铬、钴、镍、镓、钪、锆的含量

高钛型钒渣样品1.000 0 g置于250 mL烧杯中,用水5 mL冲洗杯壁并分散样品,加入氢氟酸2.5 mL、盐酸15 mL和硝酸5 mL,加热煮沸反应至溶液产生均匀大气泡。加入硫酸(1+1)溶液5 mL,高温加热至产生三氧化硫浓白烟雾并保持3~5 min。冷却后,加入水15 mL煮沸,冷却至室温,用水定容至100 mL。采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定所得溶液中0.001%~3.0%(质量分数)的铬和0.001%~0.300%(质量分数)的钴、镍、镓、钪、锆的含量。采用基体匹配和同步背景校正相结合方式消除基体组分影响,并且选择了待测元素的分析谱线、背景校正区域以及光谱仪工作参数等检测条件。各元素检出限(3s)为0.000 1%~0.000 2%,相对标准偏差(n=8)均小于25%。样品的本法测定结果与ICP-MS的测定结果一致。

3D打印钛合金薄壁构件的研究进展

钛合金薄壁构件具有质量轻、结构紧凑等优势,然而因其轴向尺寸大、壁厚薄和形状复杂等几何特征,传统成形技术在成形薄壁构件时流程长、工艺复杂,严重限制了钛合金薄壁构件的应用。金属粉床3D打印技术可快速成形复杂异形零部件。为此,对电子束选区熔化技术(SEBM)和激光选区熔化技术(SLM)的成形能力和成形钛合金薄壁构件的微观组织、力学性能和表面粗糙度进行综述,并分析3D打印高性能精密复杂整体钛合金薄壁构件的发展趋势,为轻量化钛合金薄壁构件在高端装备上的应用提供参考。