高钛铁物化性质

金属(jīnshǔ)热还原法制备高钛铁及其熔渣物理化学性质的研究XXXXXX上海大学1共二十三页框架(kuànɡjià)1.高钛铁熔渣的初晶温度(wēndù)测定2.高钛铁熔渣电导率测定A型渣系初晶温度测定B型渣系初晶温度测定C型渣系初晶温度测定A型渣系电导率测定B型渣系电导率测定C型渣系电导率测定3.结论共二十三页1.1研究(yánjiū)背景制约钛回收率的主要(zhǔyào)因素：研究内容是由于铝热法反应剧烈，熔渣中夹杂金属熔滴，使熔渣中含钛较高，为了提高回收率就必须延长熔渣熔融状态的时间，使金属熔体与熔渣充分分离。为了延长渣熔融状态的时间，决定从降低熔渣的初晶温度入手，这样可以延长熔渣熔融的时间，而不需要再加入能量，达到提高回收率，降低成本的目的。研究冶炼过程中CaO．A1203．CaF2系的物理化学性能，探讨其对冶炼过程的影响，对确定冶炼工艺参数，优化冶炼高钛铁技术经济指标，具有指导意义。共二十三页1.2

实验(shíyàn)原料及装置实验(shíyàn)试剂实验设备共二十三页1.3高钛铁熔渣初晶温度(wēndù)测定初晶温度(wēndù)：是指固态完全转变为均一液态时的温度，即液相线温度。初晶温度的测量方法及原理（步冷曲线法）：纯物质有固定的熔化点，对应的冷却曲线有一水平阶段，表示结晶的临界点。而熔渣不会出现明显的折点，结晶开始时由于结晶潜热，致使温度的下降变慢，在冷却曲线上出现了一个转折点；结晶终了后，不再放出结晶潜热，温度下降变快，于是又出现一个转折点。若结晶潜热足够大，足够弥补冷却降低的温度，那么冷却曲线会出现一个平台，通常认为这个平台或转折点对应的温度就是初晶温度共二十三页测定初晶温度(wēndù)的实验步骤渣样制备(zhìbèi)，加热保温验证熔渣是否熔化测量初晶温度升温，将坩埚内的熔渣倒出，盛下一个渣样，继续测量测温装置图1.3高钛铁熔渣初晶温度测定共二十三页1.4实验结果(jiēguǒ)与讨论在A1203一CaO．CaF2渣系中，A1渣CaF2含量最高，其初晶温度最低，这表明CaF2具有助熔作用。有文献表明氟化物的助熔机制为：在熔体中，F-离子可以打断O和Al、Ca的结合键，代替氧离子与钙铝离子结合；F一离子进入由Al—O形成的网络(wǎngluò)中，使原来的桥氧键变为非桥氧键，从而打断了A1．O之间的连接，形成断网，进而降低熔渣的初晶温度。共二十三页1.4实验(shíyàn)结果与讨论图2.三组母渣物相分析(fēnxī)结果步冷曲线结果显示熔渣存在一定的过冷度；渣中加入CaF2，物相为CaAl204、Ca2A1F7、Ca2A1306F等复杂化合物，这表明F．离子破坏了A1—O之间的连接，达到了助熔效果。图1.步冷曲线共二十三页1.5.1A型渣系熔渣初晶温度(wēndù)实验MgO加入(jiārù)量0-8％，A1203、CaO、CaF2三者之间的质量比以A1为基准保持不变。A型渣系组成共二十三页1.5.1A型渣系熔渣(rónɡzhā)初晶温度实验图1.A型渣系的初晶温度测定(cèdìng)结果图2.A2渣的物相分析结果图1：MgO含量为2％时（A2），初晶温度最高为1435℃。MgO含量为8％时（A5），初晶温度最低为1366℃。从得到的测试结果看，渣中添加一定量得MgO可以起到助熔的作用。图2：为A2渣的XRD测试结果，对比A1渣的测试结果，可知渣中镁铝尖晶石（MgAl2O4或MgO·Al2O3）相的出现可能导致了A2渣初晶温度的升高。共二十三页1.5.2B型渣系熔渣(rónɡzhā)初晶温度实验在A型渣系的基础上，进一步提高A1203的含量，降低CaF2的含量。B型渣系的组成如下(rúxià)表所示，配料时原则同上。B型渣配料组成共二十三页1.5.2B型渣系熔渣初晶温度(wēndù)实验图1.B型渣系初晶温度测试(cèshì)结果图2.B2渣的物相分析结果图1：MgO的含量为2％时，初晶温度最高为1478℃；MgO的含量为8％时，初晶温度最低为1414℃。图2：为B2渣的XRD测试结果，对比B1渣的XRD测试结果，可知渣中镁铝尖晶石相的出现可能导致了B2渣初晶温度的升高。共二十三页1.5.3C型渣系熔渣(rónɡzhā)初晶温度实验在B型渣系的基础上，为进一步提高A1203的含量，并保证(bǎozhèng)CaF2的含量在8％左右，故所选C型渣系的组成如下表所示，配料时原则同上。选C型渣系的组成共二十三页C型渣系的初晶温度测定结果如图所示，与前两组渣系不同(bùtónɡ)的是，C2并没有表现出最高温度值；与前两组渣系相同的是，C5依然是最低初晶温度渣型，表明MgO在一定范围内有改善渣初晶温度的作用。C型渣的初晶温度(wēndù)测量结果1.5.3C型渣系熔渣初晶温度实验共二十三页1.5.3C型渣系熔渣(rónɡzhā)初晶温度实验图1.C2渣的物相分析(fēnxī)结果图2.C5渣的物相分析结果图1，图2分别为C2、C4渣的XRD测试结果。C2渣中氟化镁相的出现可能使得初晶温度下降，C4渣中大量镁铝尖晶石相的产生可能导致了其初晶温度的升高。共二十三页1.6结果(jiēguǒ)比较初晶温度(wēndù)结果比较三组渣系中A5型初晶温度最低，B2型初晶温度最高，C型居中；三种母渣中A型的铝钙质量比最低，C型的铝钙质量比最高；实验结果和经济角度考虑，建议以C型母渣为基准配渣。共二十三页2电导率测定(cèdìng)在电弧炉冶炼过程中，熔渣的电导率是一项重要的性质，直接影响冶炼过程正常进行(jìnxíng)。电铝热法冶炼高钛铁是在电弧炉中完成，因此，高钛铁熔渣电导率的优劣将直接影响冶炼过程。若熔渣电导率不合适，将导致起弧的性质较差，进而影响炉内温度，最终影响高钛铁冶炼的回收率。研究背景：共二十三页2.1测量(cèliáng)电导率的方法与原理本研究采用交流四探针(tànzhēn)法测定高温熔体的电导率，交流四探针法测定熔盐电导率的原理图图中a、b、C、d为四根互相平行的铂丝制成的电极，插入熔体3中，电流由交流电源l供给，外侧两根电极(即a、d)与精密电阻箱串接在交流电源上，构成闭合回路，内侧两根电极(b、c)接数字电压表。由于Rs和Rx是串联的，则Is=Ix，故Ux／Rx=Us／Rsl／S一电导池常数，cm-1；Rx一熔渣电阻，Q共二十三页2.2AL2O3-CaO-CaF2系熔渣(rónɡzhā)电导率实验实验测定了A1(49．9%A1203、35．8%CaO、14．30%CaF2)，B1(55．3%A1203、38．4％CaO、6．3％CaF2)，C1(57．4％A1203、34．2％CaO、8．4％CaF2)三组母渣不同(bùtónɡ)温度下的电导率值。A1，B1，C1电导率测定结果随着CaF2在组成中所占比例的增加，电导率不断增大。这是因为加入到渣中的CaF2不仅可使复杂阴离子解体，有利于离子的迁移，还能够增加导电性很强的简单离子(Ca2+、F-)的含量，因而导致熔渣的电导率显著增大;随着温度升高，电导率不断增大。这是因为高温有利于离子迁移。共二十三页2.3A,B,C型渣系熔渣电导率实验(shíyàn)结果A型渣电导率测试(cèshì)结果实验温度点是各型渣的初晶温度值B型渣电导率测试结果C型渣电导率测试结果结论：几组渣系的电导率值均会随Mg0含量的增加而增大;同系列渣系中，初晶温度相对一较低的渣型，其电导率值相对较大;温度对三组不同渣系均存在较大影响。共二十三页3结论(jiélùn)综上所述，实验证明其它条件相同时.初晶温度低的渣样相同温度下电导率比较高，所以，熔渣中添加少量的CaF2和Mg0不仅有利于降低(jiàngdī)熔渣初晶温度，同时可以提高熔渣的电导率。作者认为52.8%A1203-31.5%Ca0-7.7%CaF2-8%Mg0的熔渣性质较佳。共二十三页4.未来(wèilái)计划谢谢(xièxie)共二十三页内容(nèiróng)总结金属热还原法制备高钛铁及其。图1：MgO含量(