2370.熔分渣（富钛料）脱硫工艺实验研究

1、 xxx学院本科毕业设计(论文)熔分渣（富钛料）脱硫工艺实验研究学生姓名： 学生学号： 院 （系）： 材料工程系 年级专业： 级材料科学与工程 指导教师： 教授 助理指导教师： 二七年六月摘 要钛铁精矿经转底炉金属化还原后，再经电炉熔化分离所得的渣（熔分渣）中富含有tio2，这种渣用途广泛，可作为硫酸钛白、电焊条及钛铁生产的原料，品位提高后也可用作氯化钛白生产。但它们对熔分渣中的杂质含量有特殊的要求，特别是对硫杂质含量一般要求控制在0.03%以下。本实验研究采用高温氧化焙烧脱硫法，研究焙烧温度、焙烧时间、焙烧气氛、熔分渣粒度等主要因素对脱硫效果的影响，以及采用数字光学显微镜、同步tg-dta/

2、dsc分析仪、xrd研究熔分渣脱硫前后的微观形貌、结构和成分的变化。实验结果表明：在1130、50min、40目左右、在通入氧气的气氛时脱硫效果最好，控制氧气流量在0.3nm3/h左右时脱硫率可达到94%以上；脱硫前熔分渣主要存在fes、ca4ti3o10、camg2、tio2和cati2o4等化合物，脱硫后硫化物和tio2不存在了，出现了一些更为复杂的钛酸化合物。关键词 熔分渣，氧化焙烧，脱硫abstractwhen titaniferous iron concentrate is metallized reduced in rotary hearth furnace and separat

3、ed by melting, the slag is rich in tio2.the material is widely used such as sulfuric acid、welding electrodes and tr production of raw materials. after raising the grade, slag also be used in the production of titanium dioxide.the content of impurities,，in molten slag are specially required.generally

4、,the required content of sulfur is below 0.03%.in this experiment, we use high temperature oxidation roasting desulfurization method to desulfurization. the effects of the roasting temperature , roasting time, roasting atmosphere ,the granularity of molten slag and other factors on desulfurization a

5、re studied. before and after molten slag are desulfurized , the microscopic morphology, microscopic structure and the changes of composition are tested by digital optical microscope、synchronous tg-dta/dsc analysis、xrd. experimental results show that when the experimental parameters are 1300、50 min、4

6、0 mesh size and passing oxygen, desulfurization is best. when the flow of oxygen is 0.3nm3/h, the desulfurization rate could reach more than 94%; the original slag samples mainly contain fes、ca4ti3o10、camg2、tio2、cati2o4 and other compounds. after original slag samples are sulphidized, sulphides and

7、titanium dioxide does not exist，but some more complex barium compounds appears to us. key words molten slag, oxidationroastin, desulfurization目 录摘要 abstract1绪论1 1.1世界钛工业发展状况1 1.2 我国钛工业发展状况12 文献综述3 2.1 概况3 2.2 熔分渣基本概念32.2.1熔分渣及制备过程.32.2.2 熔分渣试样处理.42.2.3 氧化焙烧.52.3 熔分渣（富钛料）脱硫最新进展62.4 存在问题和发展方向.62.4.1存在

8、问题62.4.2发展方向7 2.5小结73 脱硫原理8 3.1 湿法烟气脱硫的基本原理83.1.1 物理吸收法的基本原理83.1.2 化学吸收法的基本原理8 3.2 炉渣对金属液脱硫基本原理83.2.1 炉渣脱硫基本反应.83.2.2 影响脱硫反应的基本条件分析83.2.3 气化去硫9 3.3 氧化焙烧法脱硫基本原理.9 3.4 小结.104 实验研究.11 4.1实验目标11 4.2实验设备及原料.114.2.1 实验设备114.2.2 实验原料11 4.3 实验研究114.3.1单因素条件实验114.3.2正交实验124.3.3 熔分渣性能测试135 实验结果及分析14 5.1单因素实验结

9、果分析14 5.2 正交实验结果分析16 5.3熔分渣的性能检测分析175.3.1电炉熔分渣物质组成175.3.2 熔分渣显微图像.185.3.3 电炉熔分渣主要物相特征.20 5.3.4 熔分渣的xrd和热分析结果21结论.24参考文献25致谢.261 绪 论1.1 世界钛工业发展状况钛元素发现于1789年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白，1910年在实验室中第一次用钠法制得海绵钛，1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛这标志着海绵钛即钛工业生产的开始。世界钛工业目前的海绵钛年生产能力约为12.6万吨，钛加工材料约为6万吨，近几年通过世界钛加工企业间的并购和重视。已形成美、日、俄“三足鼎

10、力”的局面，世界钛工业企业向国际化、集团化和垄断化方向更进一步。1.2 我国钛工业发展状况中国钛工业起步于20世纪50年代，1954年在北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究，1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划，1958年在抚顺铝厂实现可海绵钛工业试验，成立了中国第一个海绵钛生产车间，同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛加工材生产试验车间。我国已成为世界重要的钛生产国家之一，但不论是产量还是工艺、技术的先进性都在美国、日本、俄罗斯之后，存在以下主要问题。1.2.1 钛资源丰富，但钛矿品位低、选冶难度大我国钛资源丰富，tio2总储量达9亿多吨是世界第一，钛矿主要分布

11、在四川、云南、广东、广西和海南等省区。1995年，在江苏东海县发现大型富钛矿，xxx是世界著名的钛矿产地。在目前的技术条件下，可回收的tio2储量约1亿吨左右，钛矿多为钛钒共生岩矿，tio2品位较低，cao和mgo的含量高，选冶难度大。1.2.2 钛资源回收率低且流失严重以xxx为例，在选矿的尾矿中，回收到的大于45mm的钛精矿只有40%，而小于45mm的占60%的钛精矿则随着尾矿跑掉了；在炼铁环节中，又有20%的钛得不到回收，从铁渣中排掉；所选出的钛精矿加工成钛渣后的tio2在80%以下，钛的利用率仅在15%左右。1.2.3 富钛料的生产不能满足钛工业发展的需要用富钛料而不是钛精矿作为氯化的

12、原料是必须的，但是我国富钛料的生产总量少(全国只有8万吨/年的产能)，规模小，基本上都是千吨级的工厂，技术和设备都很落后，远不能适应氯化法钛白和海绵钛厂向大型化发展的需要，特别是还没有针对我国主要钛资源攀西(xxx西昌)钛铁矿的工业区化富钛料的生产方式。1.2.4 钛产量小我国的海绵钛及钛加工材的产能和产量都有很小，与世界整体相比，海绵钛的产量约占2%，钛加工材产量约占3%，产量小，必然使我国在国际市场中缺乏应变能力和竞争力，与我国钛资源居世界第一的地位极不相称。1.2.5 钛生产体系完整，但总体规模偏小我国是世界上第四个拥有完整钛生产体系的国家，已形成了钛精矿、钛白、海绵钛、钛加工材、钛铸件

13、、钛粉末冶金以及钛设备制造的完整体生产体系，有像攀钢钛业公司、遵义钛厂、宝鸡有色金属加工厂、上海五钢公司和南京宝色钛业有限公司等相应的钛骨干企业，已形成40万吨/年钛精矿、3700吨/海绵钛、3000吨/年以上钛材和1000吨/年以上钛铸件，钛粉末及钛设备的生产能力。但是，同美、俄、日三大钛材国相比，我国钛生产总体规模偏小，仅相当于美国50年代中期的水平。2 文献综述2.1 概况12攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿，但到目前为止，矿石中所含的钛资源利用率很低，从原矿到钛精矿的钛收得率仅为7左右。原矿中约有50的钛进人了攀钢特有的高钛型高炉渣中，其tio2含量为2026，已堆存的高炉渣中约有130

14、0多万吨tio2，且每年新增至少60万吨tio2。为此，我国早在80年代就开始进行了xxx钒钛铁矿新生产工艺流程的试验研究工作，其目的之一就是为了利用钛的优良性能，钒钛金属化球团熔化分离使钛更多的进入到熔分渣（富钛料）中以便能够回收钛。熔分渣（富钛料）既可用于硫酸钛白生产，也可用于海绵钛和电焊条及钛铁的生产，国外熔分渣（富钛料）主要用于生产钛白。用钛铁矿冶炼熔分渣不仅能够富集tio2，而且可回收钛铁矿中的铁，做到综合回收利用。熔分渣用于硫酸法钛白生产时可节约硫酸，减少硫酸亚铁和废酸排放，有利于保护环境。熔分渣用于氯化钛白和海绵钛生产时，与直接采用钛铁矿相比，可减少氯气耗量。因此，国外钛白和海绵

15、钛工业普遍采用熔分渣等富钛料作为原料，2005年国外熔分渣生产能力达到300万吨年。xxx把脱硫后的熔分渣基本上用于硫酸钛白的生产和电焊条的药皮原料。电焊条中的硫含量一般要控制在0.03%以下，焊条中的硫对钢铁的焊缝处有影响，主要就是会出现热脆和冷脆的现象。2.2 熔分渣基本概念382.2.1 熔分渣及制备过程熔分渣就是球团在电炉内熔化后与含钒生铁分离所得的钛铁渣。它是以钛铁精矿、固体还原剂煤粉和粘结剂以一定比例混合压块成球，经转底炉高温快速还原后在电炉内进行熔化分离矿中铁的氧化物使其被选择性地还原为金属铁，而钛的氧化物被富集在炉渣中，经渣铁分离获得熔分渣和副产品金属铁。 熔分渣在冷却过程中发

16、生物理化学变化，其中最重要的是与空气中的氧的作用。熔分渣中低价钛氧化生成金红石型或锐钛型tio2，熔分渣氧化的结果引起其组成和物理性质的变化，对其后熔分渣的应用有直接的影响。熔分渣氧化后发生破裂粉化产生细粉渣时或氯化时的放热量减少，减少熔分渣在冷却中氧化的最有效和简便方法是喷水冷却。喷水冷却的目的：一方面是为了加快冷却速度；另一方面是可以防止高温熔分渣与空气接触而发生氧化生成不溶性金红石型tio2，后者对于生产硫酸法钛白使用的熔分渣是十分重要的。熔分渣经冷却后进行破碎、磨细，磨细的熔分渣中还有一定数量的铁粒，应通过磁选将它们分离出来，分离出来的磁性物还夹杂有渣，需进行回收处理或者将磁性物加入炉

17、中重新熔化以回收其中的渣。熔分渣的制备过程如图2.1。图2.1 熔分渣制备工艺过程2.2.2 熔分渣试样处理试验室所选熔分渣试样是经钛铁精矿内配碳压块、转底炉高温快速还原、电炉熔化分离、缓冷破碎等工序制备。试验样品为大块、疏松多孔状，少量较致密，含有一定量的金属铁。试验样品经简单破碎、磁选除铁后，于行星式球磨机内研磨，研磨时间12min。研磨后物料全部过200目筛，分析测定325目筛余。样品研磨情况如表2.1。表2.1 熔分渣研磨情况水淬铁渣未水淬铁渣水淬钛渣未水淬钛渣钛精矿qit矿研磨时间/min121212121014325目筛余/%10.85.906.208.60小于112.8可见，样品

18、较钛精矿难磨，较qit矿易磨。提供样品的研磨性能介于钛精矿与加拿大酸溶性钛渣之间，但有少量金属铁不能被研磨。2.2.3 氧化焙烧 焙烧的定义矿石、精矿在低于熔点的高温下，与空气、氯气、氢气等气体或添加剂起反应，改变其化学组成与物理性质的过程称为焙烧。氧化焙烧就是熔分渣在低于其熔点的温度下氧化，使渣中部分或全部的金属硫化物变为氧化物，同时除去易于挥发的硫、碳等杂质。 焙烧过程的物理化学基础1) 焙烧过程热力学焙烧过程中有气体产物产生，一般为不可逆反应。研究焙烧过程热力学主要是根据相图确定反应产物的相区。研究焙烧热力学时，还要注意气相中会生成三氧化硫： 式(2.1) (为金属离子) 式(2.2)

19、2) 焙烧过程动力学与影响焙烧速率的因素焙烧过程是气固相非催化过程，由于颗粒之间无微团混合，所以反应速率的考察对象是颗粒本身。宏观反应过程包括气膜扩散(外扩散)、固膜扩散(又称产物层扩散或灰层扩散，内扩散)及在未反应芯表面上的化学反应。焙烧炉生产能力的大小，取决于焙烧反应速率，反应速率越快，在一定的残硫指标下，单位时间内焙烧的固体矿物就越完全，渣中残硫就低。在实际生产中不仅要求焙烧的渣量多，而且要求烧得透，即排出的渣中残硫要低。影响焙烧速率的因素很多，有温度、粒度、氧化气氛（氧含量）等。a. 温度的影响一般来说，温度越高，焙烧速度也越快。以硫铁矿氧化焙烧为例，在200以下，只能缓慢进行氧化作用

20、，生成少量二氧化硫。当温度达到硫铁矿着火点以上才开始燃烧。各种硫铁矿的着火点要看它的矿物组成，杂质特性及粒度大小。硫铁矿的理论焙烧温度可达1600，但沸腾焙烧炉一般维持焙烧温度为800900之间，多余的热量需要移走，包括设置冷却装置或废热锅炉。b. 固体原料粒度影响焙烧过程是一个气固相非催化反应过程，焙烧速度在很大程度上取决于气固相间接触表面的大小，接触表面大小主要取决于原料的粒度，即它的粉碎度。当粒度小时，空气中的氧能较易地和固体颗粒表面接触，并易于达到被焙烧的颗粒内部，生成的二氧化硫气体也能很快离开，扩散到气流主体中去。如果矿石粒度过大，除接触面减少外，还在未反应芯外部，生成一层致密的产物

21、层，阻碍氧气继续向中心扩散，生成的二氧化硫也不能很快离开，造成在炉中停留时间内，原料渣中的硫来不及燃烧透，使排出的渣中硫增高。实际生产中粒度过小，不但会增加熔分渣被粉碎磨细的工作量，而且会增加除尘处理的工作量，故一般在氧化焙烧中使用的固体颗粒平均粒度在（0.53.0）mm之间。c. 氧气含量的影响气体中氧的含量对固体原料的焙烧速度也有很大影响。因为金属硫化物矿物的焙烧速度，取决于氧通过遮盖在颗粒表面的产物层向内扩散的速度，如果进入焙烧炉气体中的氧含量少，则单位时间内氧分子向矿粒内部扩散分子就要少，金属矿物的焙烧速度就要慢些。所以在金属矿物焙烧时必须搅动矿粒，使矿物表面更新、改善渣粒间接触情况、

22、促使氧气达到被焙烧物料的表面上，以提高焙烧速度。2.3 熔分渣（富钛料）脱硫最新进展911国内外对铁水脱硫和炼钢过程中的脱硫技术是比较成熟的，对钛渣脱硫动力学条件和脱硫性能的研究有很多，如：mno高钛渣脱硫动力学的研究，沈阳工业大学金属材料工程系；成钢低钛渣脱硫性能研究，成钢；对高炉渣脱硫能力和影响脱硫因素之间关系的研究也有很多，如：湘钢高al2o3高炉渣脱硫能力的试验研究，湘潭钢铁公司；高炉渣脱硫诸因素关系解析，包头钢铁公司炼铁厂。但是对熔分渣（富钛料）脱硫的研究却很少。现在研究发现，熔分渣（富钛料）中富含有大量的tio2，这种tio2可以作为生产硫酸钛白、海绵钛和电焊条的主要原料，为了使钛

23、元素的优良性能得以更加充分的利用，熔分渣的脱硫工艺研究也就变得很重要。近来xxx学院与龙蟒联合试验室对熔分渣脱硫工艺做了一些探索性的研究，他们将熔分渣放在回转窑内进行11001300的氧化焙烧，脱硫效果非常的不错能够达到双零的程度。但是他们也没有做过系统性的研究，其进一步工作还在进行之中。2.4 存在问题和发展方向12 由于熔分渣脱硫正处于研究阶段，对于它的工艺流程还不太成熟，在实验研究进程中也还存在不少的问题，但是随着钛白工艺的发展熔分渣脱硫发展空间也就随之而增大。2.4.1 存在问题 熔分渣(富钛料)磁选除铁的效果不是很好，fe在熔分渣中存在过多会影响脱硫率。 脱硫实验氧化气氛的控制:脱硫

24、实验一般都在氧化气氛下进行的，所以通入气体(空气、纯氧)流量要控制好。 焙烧的温度确定：温度过低脱硫不好，但温度太高可能会造成熔分渣的烧结脱硫效果一样不好。 氧化焙烧样品的粒度大小确定：粒度大脱硫效果不好，粒度太小透气性差脱硫效果也不好。2.4.2 发展方向13熔分渣（富钛料）是生产钛白粉、海绵钛和电焊条的主要原料，但熔分渣（富钛料）质量和数量均不能满足钛白粉、海绵钛和电焊条生产发展的需要，所以要提高熔分渣的数量和质量以满足钛业的发展需要。因而熔分渣（富钛料）脱硫的发展趋势： 降低硫含量和提高tio2的品位、数量，实现熔分渣的综合利用。 降低生产成本，生产工艺简单，设备易于大型化，副产品生铁可

25、回收加工利用，“三废”少且易于治理以减轻对环境的污染。2.5 小结熔分渣(富钛料)磁选后得到的副产品铁粒可回收利用，而脱硫后的熔分渣（富钛料）可作为生产钛白、海绵钛和焊条药皮的主要原料，而钛白、海绵钛和焊条药皮对硫含量都有很严格的要求，因此熔分渣（富钛料）脱硫就必须达到它们的生产要求。熔分渣(富钛料)脱硫不仅能够很好解决渣中的硫杂质，而且还能提高钛的综合利用率。3 炉渣脱硫原理3.1 湿法烟气脱硫的基本原理3.1.1 物理吸收法的基本原理 气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。如果吸收过程不发生显著的化学反应，单纯是被吸收气体溶解于液体的过程，称为物理吸收，如用水吸收so2。物理吸收的特点是，

26、随着温度的升高，被吸气体的吸收量减少。物理吸收的程度，取决于气-液平衡，只要气相中被吸收的分压大于气液两相呈平衡时该气体分压时，吸收过程就会进行。由于物理吸收过程的推动力很小，吸收速率较低，因而在工程设计上要求被净化气体的气相分压大于气液平衡时该气体的分压。物理吸收速率较低，在现代烟气中很少单独采用物理吸收法。3.1.2 化学吸收法的基本原理 若被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反应，则称为化学吸收，例如应用碱液吸收so2。应用固体吸收剂与被吸收组分发生化学反应，而将其从烟气中分离出来的过程，也属于化学吸收，例如炉内喷钙（cao）烟气脱硫也是化学吸收。在化学吸收过程中，被吸收气体与液体相组

27、分发生化学反应，有效的降低了溶液表面上被吸收气体的分压。增加了吸收过程的推动力，即提高了吸收效率又降低了被吸收气体的气相分压。因此，化学吸收速率比物理吸收速率大得多。物理吸收和化学吸收，都受气相扩散速度（或气膜阻力）和液相扩散速度（或液膜阻力）的影响，工程上常用加强气液两相的扰动来消除气膜与液膜的阻力。在烟气脱硫中，瞬间内要连续不断地净化大量含低浓度so2的烟气，如单独应用物理吸收，因其净化效率很低，难以达到so2的排放标准。因此，烟气脱硫技术中大量采用化学吸收法。用化学吸收法进行烟气脱硫，技术上比较成熟，操作经验比较丰富，实用性强，已成为应用最多、最普遍的烟气脱硫技术。3.2 炉渣对金属液脱

28、硫基本原理14163.2.1 炉渣脱硫的基本反应金属液如钢液中利用炉渣脱硫,主要反应如下:fes=(fes) 式（3.1） (cao)+fes=(cas)+(feo)(吸热) 式（3.2）从反应式中可以看出，脱硫的基本条件是：高碱度、高温、炉渣低氧化性。3.2.2 影响脱硫反应的基本条件分析 炉渣碱度研究结果表明：炉渣碱度在3.03.5之间最好，过高会使粘度增加，不利硫在钢-渣之间的扩散，过低则不符合脱硫要求。 氧化性炉渣氧化性对脱硫的影响较为复杂，从脱硫反应式中可以看出，渣中的还原性越强，即(feo)越低越有利于脱硫反应。但实际生产中氧气转炉的氧化渣中也能去除一部分硫，其主要原因是：(feo

29、)的存在改善了渣的流动性，能促进石灰的熔化，有利于高碱度渣的形成，从而部分改善了脱硫条件。尽管氧化渣中也能脱硫，但在其他条件如搅拌、温度、碱度等完全相同的条件下，氧化渣的去硫效果还是远远低于还原渣的。 温度:高温有利于吸热反应的进行，即有利于去硫反应的顺利进行。 钢-渣搅拌情况:去硫是钢-渣界面反应，加强钢-渣搅拌扩大反应界面积有利于去硫。例如电炉(还原期)出钢时，采用钢-渣混出的方法，使钢液和炉渣强烈混合，钢-渣界面大大增加，充分发挥了电炉还原渣的脱硫能力，使脱硫反应能够迅速进行。 渣量:增加渣量可以减少(cas)的相对浓度，可促进去硫反应。3.2.3 气化去硫 根据硫的平衡及炉气分析得知，

30、氧气转炉炼钢过程中钢液的硫一部分是以气体状态去除的，其去硫量一般占总去硫量的1040。 由于硫和氧的亲和力比碳、硅和氧的亲和力都低，在金属液中有碳存在时，硫的直接氧化的可能性很小，所以气化去硫是通过炉渣进行的。气化去硫的反应式如下： 式(3.3) 式(3.4) 从上式也可以看出：硫必须首先从钢液中进入熔渣，才有可能气化去除。所以钢-渣间的去硫反应是气化去硫的基础。另外还可以看出：高碱度渣对气化去硫不利。实践证明：只要造成流动性良好的碱性渣，就会有一定的气化去硫效果。实践操作还表明：炉渣氧化性增大，能强化气化去硫。 3.3 氧化焙烧脱硫基本原理熔分渣的氧化焙烧有两方面的目的：一是将熔分渣中不同价

31、态的钛氧化物氧化焙烧转变成金红石型tio2；二是脱去熔分渣中部分硫杂质，使硫元素在产品中的含量达到一定的标准。在氧化气氛中加热硫化矿，将渣中的全部（或部分）硫脱除转变为相应的金属氧化物的过程，称为氧化焙烧的过程。在焙烧条件下，硫化物转变为金属氧化物和金属硫酸盐的反应式可表示为： 式(3.5) 式(3.6) 式(3.7)氧化焙烧时，金属硫化物和二氧化硫的反应是不可逆的。 熔分渣的脱硫原理和钛渣的脱硫原理相似，熔分渣中硫主要是以金属硫化物形式存在。例如fes、mns和钛的硫化物等，在焙烧过程中这些硫化物被氧化生成so2如： 式(3.8)在650左右就开始发生脱硫反应，900时脱硫反应速度加快，到1

32、000时停留1小时，再继续升温到1130左右这样脱硫的效果比较理想。影响脱硫的因素有物料的粒度、炉内温度、时间和气氛等。3.4 小结 烟气脱硫与炉渣脱硫的过程是完全不一样的，他们的脱硫原理也是不同的。炉渣脱硫是把钢水中的硫除去，使硫尽量地进入到炉渣中以达到脱硫；但是熔分渣脱硫刚好与炉渣脱硫相反，熔分渣脱硫是除去渣中的硫，使熔分渣中的硫含量满足下游产品的需要。4 实验研究4.1 实验目标 熔分渣进行氧化焙烧后的残硫量0.03%以下，达到下游产品的利用要求。 测试低硫含量熔分渣的理化性能。4.2 实验设备及原料4.2.1 实验设备 srjx-4-13高温箱式电阻炉，是本实验的加热炉，最高温度为16

33、00； sk2-2.5-13t高温双管定碳炉，是本实验的加热炉，最高温度为1300； fm-1型制样粉碎机，作为本试验的样品制样机； 同步tg-dta/dsc分析仪，作为本实验渣样的热重和差热分析设备； x射线衍射仪（xrd），作为本实验渣的物相、成分、结构检测分析设备； dm4000m数字显微镜，作为本实验的金相观察分析仪； c、s联测分析仪，作为本实验的测量s含量的设备； 100x60鄂式破碎机，作为本实验的样品破碎设备； 电热干燥箱，作为本实验样品烘烤设备； m-2金相试样预磨机、p-2金相试样抛光机，作为本实验的金相制作仪器。4.2.2 实验原料本次实验所选用的熔分渣样主要化学成分如表

34、4.1所示。表4.1 熔分渣的主要化学成分 (%)样品编号组分含量tio2tfemfefeov2o5cr2o3mnosio2al2o3caomgospc070453.061.521.320.240.390.0760.5311.3112.149.738.950.1800.00480.79在本次实验中还用到以下实验器材：磁铁、瓷舟、坩埚、套筛、氧气、电子天平、流量计。4.3 实验研究将磁选后的熔分渣破碎、磨细到120目送100g样品到化学分析室分析其硫含量，剩余熔分渣再做单因素实验。4.3.1 单因素条件实验 在不同的温度下进行焙烧:取100g的熔分渣均匀平铺于方型坩埚内在马弗炉内进行焙烧，在不同

35、温度下进行焙烧，时间设为45min、气氛是空气、粒度控制在+20目。将焙烧后的熔分渣送化学分析室分析其硫含量。 在不同的时间下进行焙烧(空气):取100g粒度为40目的熔分渣均匀平铺于方型坩埚内在马弗炉内进行焙烧，温度设为1100、气氛控制为空气，在不同时间下焙烧。将焙烧后的熔分渣送化学分析室分析其硫含量。 在不同的粒度下进行焙烧:熔分渣粒度+20目、粒度40目、粒度-40目各取100g放在坩埚内，在马弗炉内进行焙烧，时间设为30min、温度设为1200、气氛是空气。将焙烧后的熔分渣送化学分析室分析其硫含量。 在不同的氧化气氛进行焙烧:称取2.03.0g的熔分渣置示瓷舟，放在高温定碳炉内进行不

36、同氧化气氛的焙烧，温度定为1150、粒度为60目、通入气氛时间是40 min。取1015g熔分渣分装在5个瓷舟于高温定碳炉内进行通氧焙烧；另取1015g熔分渣分装在5个瓷舟于高温定碳炉内进行通空气焙烧；再取1015g熔分渣分装在5个瓷舟于高温定碳炉内进行焙烧，实验设备流程如图4.1所示。高温定碳炉图如图4.3所示。放料时用一铁钩把瓷舟推进去，取料时也用铁钩钩取，进料时的剖面图如图4.4所示。将焙烧后的熔分渣送化学分析室分析其硫含量。1、氧气瓶；2、流量计；3、瓷舟及渣；4、瓷管；5、高温定碳炉；6、cs测定仪；7、cs 滴定管；8、电源控制器图4.1 脱硫实验设备流程 在不同时间下进行焙烧(纯

37、氧):在高温定碳炉内进行氧化焙烧，操作步骤与上面相同。温度设为1250、气氛控制为纯氧，在不同的时间条件下进行焙烧。4.3.2 正交实验 通过以上实验得出熔分渣脱硫的单因素条件，以此条件为基础推断最优因素:温度在11001200、时间在4060min、气氛是氧气。然后设定正交实验因素：温度设定为1130、1160、1200；时间设定为40min、50min、60min；气氛设定为氧气、空气、自然。在高温定炉中进行本次正交试验。 图4.3 高温定碳炉 图4.4 进料剖面图4.3.3 性能测试性能测试主要是为了分析研究熔分渣脱硫后的性能特点以及其物相、成分、结构，并与脱硫前的样品进行比较，最后综合

38、分析研究熔分渣的性能。 取形状较规则的块状熔分渣在m-2金相试样预磨机上进行180目、600目、800目、1200目、1500目的砂纸预磨；再用p-2金相试样抛光机进行物理抛光，直到表面能够照出人影即可。然后用4%的硝酸酒精侵蚀，最后在dm4000m数字显微镜上观察其显微组织。 脱硫前后的渣在电热干燥箱内120烘干半小时送xrd室检测分析熔分渣的物相、成分、结构。 脱硫前后的渣各送一份到热重分析室同步tg-dta/dsc分析仪检测分析熔分渣的热重和差热。5 实验结果与分析残硫量是熔分渣在脱硫后的剩余硫含量，脱硫率是熔分渣脱硫前的硫含量减去残硫量与原硫含量的比值。5.1 单因素实验结果分析 在温

39、度为1000、1100、1200、1300，气氛为空、时间45min、粒度在+20目条件下进行氧化焙烧脱硫的化验分析结果如表5.1所示。根据化验结果可知在其它条件不变的情况下：残硫量随温度的增加而不断降低，但温度在1130左右时脱硫率最高。其残s量与温度的关系如图5.1，脱硫率与温度的关系如图5.2。表5.1 不同温度下残s量分析结果样号温度/残硫量/%脱硫率/%070412-110000.03282.2070412-211000.02884.4070412-312000.02188.3070412-413000.01691.7 在时间为40min、50min、60min，气氛为空气、粒度为4

40、0目、温度在1100的条件下进行氧化焙烧脱硫的化验分析结果如表5.2所示。由表可知：在其它条件不变时，脱硫率随时间的增加而不断升高，但在40min60min时的脱硫率是最好。残s量与时间的关系如图5.3，脱硫率与温度的关系如图5.4。表5.2 不同时间焙烧后的残s量样号焙烧时间/min残硫量/%脱硫率/%070412-5400.02188.3070412-6500.01890.0070412-7600.02088.9 在粒度为+20目、+40目、-40目，时间为30min、温度为1200条件下进行氧化焙烧后脱硫结果如表5.3所示。由分析结果可得：在其它条件一定的情况下，脱硫率与粒度是不成比例的

41、。总的来说，在40目左右的脱硫效果较好，残硫量与粒度的关系如图5.5，脱硫率与粒度的关系如图5.6。表5.3 不同粒度时焙烧后的残s量样品粒度/目残硫量/%脱硫率/%070413-8+200.03282.2070413-9+400.01790.6070413-10-400.02387.2 在氧化气氛为自然、空气和氧气，时间为40min、温度为1150下进行焙烧的脱硫化验分析结果如表5.4所示。根据分析结果可知：在其它条件不变情况下，残硫量在通氧气时的脱硫效果最好，空气其次，在自然条件下脱硫效果最差。在不同气氛下与残硫量的关系如图5.7，脱硫率与气氛的关系如图5.8。表5.4 在不同氧化气氛下的

42、残s量样号气氛气体流量/nm3/h脱硫率/%残硫量/%070414-11自然- 炉内气氛的平均脱硫率为:44.4；通空气的脱硫率为：90.0；通氧气的脱硫率为：92.8。 炉内气氛的脱硫效果不好，平均残硫含量为:0.100；通空气的残硫含量为：0.018；通氧气的残硫含量为：0.013。070414-12空气0.35070414-13氧气0.3070414-14自然-070414-15空气0.35070414-17氧气0.3070414-18自然-070414-19空气0.35070414-20氧气0.3070414-21自然-070414-22空气0.35070414-23氧气0.30704

43、14-24自然-070414-25空气0.35070414-26氧气0.3 在时间为30min、50min、70min，气氛控制为纯氧流量在0.15nm3/h，温度为1250时氧化焙烧后的脱硫化验分析结果如表5.5所示。由分析结果可知：它的脱硫效果比气氛为空气时要好的多，脱硫率随时间的增长而增加，但在40min60min时的脱硫率是最好。5.2 正交实验结果分析由于采用单因素实验要花太多的时间和精力，而且找到的条件也可能不是最优的，因此正交实验是在单因素条件的基础上进行实验，可以得出本次实验的最优方案。正交实验的分析结果如表5.6所示。从表5.6中计算结果可得： 在所选工艺参数条件下，均可保障

44、渣中残s量在0.03%以下，最低可达0.01%。 在温度、气氛、时间三个主要影响因素中，温度对脱硫效果的影响最明显，其次是气氛，第三是时间。从实验结果看，选择脱硫温度1130、脱硫时间50min、鼓风（氧气的流量：0.3nm3/h）的形式，即可取得较好的脱硫效果。表5.5 不同时间在纯氧气氛条件下焙烧结果样号通氧时间/min原始s含量/%焙烧后硫含量/%脱硫率/%070416-27300.2290.05668.9070416-28500.2150.01989.4070416-29500.2280.01691.1070416-30500.2300.01591.7070416-31500.3150

45、.01193.9070416-32700.2270.01293.3070416-33700.2290.02685.6070416-34700.2250.01193.3070416-35700.3300.004097.8070416-36500.2400.009794.6070416-37500.2500.005796.8070416-38700.2290.006396.5070416-39500.2300.009494.85.3 熔分渣的性能检测分析17185.3.1 电炉熔分渣物质组成 熔分渣化学组成熔分渣（富钛料）的化学组成复杂，含有fe、ti、v及si、al、ca、mg、mn等元素，由于

46、熔化分离是在强还原气氛中进行，渣中高价物存在可能性小，fe、ti、v主要以低价物形式存在。而且渣中还存在有不少的杂质，在不同程度上影响着渣中tio2的富集和品位，而杂质中又以硫的影响最大，硫主要是以金属硫化物形式存在于熔分渣（富钛料）中，所以要除去渣中的部分硫杂质以达到下游产品的需要。 熔分渣的物相组成随着电炉熔分渣冶炼条件的不同，其渣的物相组成不同。概括起来熔分渣的主要物相有黑钛石、塔基洛夫石、钙钛矿、辉石（玻璃相）、金属铁和残碳。表5.7为070416熔分渣的物相组成。表5.6 正交实验及结果分析实验号温度/时间/min气氛残s量/%脱硫率/%070417-40113040氧气0.0168

47、90.7070417-41113050空气0.028084.4070417-42113060自然0.028084.4070417-43116040空气0.018684.1070417-44116050自然0.018684.1070417-45116060氧气0.016690.8070417-46120040自然0.013686.9070417-47120050氧气0.010094.4070417-48120060空气0.014092.2j0.07280.06140.0434j0.066210.05660.0730j0.03760.05860.0602j-0.0242670.0204670.01

48、4467j-0.0220670.0188670.024333j-0.0125330.0195330.020067极差（rj）0.0117330.0016000.009867表5.7 熔分渣的物相组成 （%）渣号黑钛石钙钛矿辉石（玻璃相）金属铁07041649.961.56.29.731.139.50.91.25.3.2 熔分渣显微图像取形状较规则的块状熔分渣在m-2金相试样预磨机上用不同目数的砂纸进行预磨；再用p-2金相试样抛光机进行物理抛光，直到表面能够照出人影即可。然后用4%的硝酸酒精侵蚀，最后在dm4000m数字显微镜上观察其显微组织。熔分渣矿相显微像图见图5.9。脱硫后熔分渣的显微组织

49、如图5.10、图5.11。脱硫前后渣中组织有所变化，脱硫前还能明显的看见铁粒，脱硫后渣中的组织呈现出泡沫状的物质。图5.9 矿相显微组织 200 黑色柱条状是渣，亮点是铁粒图5.10 脱硫后的显微组织图（1200） 200图5.11 脱硫后的显微组织图(1300) 2005.3.3 电炉熔分渣主要物相特征熔分渣的主要矿物组成有黑钛石、钛铁晶石-磁铁矿固溶体、镁铝尖晶石、钛铁矿、硅酸盐玻璃隐晶质等如图5.12和图5.13。黑钛石是最主要的含v、ti物相，含量一般在70%80%，钛铁晶石-磁铁矿固溶体在feo较高(1o%)的熔渣中出现，随feo含量的升高而增加，它是渣中主要含fe物相。图5.12 铁渣中的矿相组织 长棒状黑钛石（amc）呈格架状，钙钛矿（ps）呈十字状雏晶嵌布于辉石玻璃（aug）中反射单偏光 对角线长度0.85m m图5.13 铁渣中的矿相组织塔基洛夫石3（il3）呈它形不规则粒状与钛辉石（aug）紧密镶嵌 黑钛石（amc）呈自形半自形板片状或残留状 il串珠状塔基洛夫石1 aug钛辉石反射单偏光 对角线长度0.70mm 黑钛石实体镜下黑褐色，自形板状或针状。晶粒较大，晶体厚约0.5mm，宽约1mm，长约2mm，晶洞中可见黑钛石长达（610）mm。黑钛石是钛渣中最先结晶