【摘 要】
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目前我国钒铁的冶炼手段主要是通过对钒渣的氧化焙烧,使渣中V3+转变为V5+,再通过湿法浸出及二次焙烧工艺,制取五氧化二钒产品,最后将其与铁屑、还原剂混合,经加热精炼后得到钒铁合金。但钒铁冶炼的传统工艺能耗较高且对环境污染较为严重,与绿色冶金发展理念不符,因此开发一种流程短,绿色高效的钒铁合金冶炼新工艺具有重要意义。同时我国作为光伏材料和电解铝生产大国,大量的光伏切削废料和铝灰无法得到有效利用,本文
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51574065;51774073;51574066;51774072); 十三五国家重点研发计划(2017YFB0304201;2017YFB0304203);
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目前我国钒铁的冶炼手段主要是通过对钒渣的氧化焙烧,使渣中V3+转变为V5+,再通过湿法浸出及二次焙烧工艺,制取五氧化二钒产品,最后将其与铁屑、还原剂混合,经加热精炼后得到钒铁合金。但钒铁冶炼的传统工艺能耗较高且对环境污染较为严重,与绿色冶金发展理念不符,因此开发一种流程短,绿色高效的钒铁合金冶炼新工艺具有重要意义。同时我国作为光伏材料和电解铝生产大国,大量的光伏切削废料和铝灰无法得到有效利用,本文紧密结合我国行业技术现状与发展需求,利用光伏切削废料对熔融钒渣进行预还原处理。为新型冶炼钒铁合金的方法提供工艺参数。该过程主要包括切削废料中原有的及还原反应生成的SiO2向熔渣中的溶解过程,切削废料中Si和SiC还原熔渣中FeO过程。基于高温动力学实验,本文考察了加入时间和不同熔渣成分对SiO2在预还原渣中溶解的影响规律以及反应温度和加入时间对还原过程的影响规律。分别建立了 SiO2的溶解宏观动力学模型,Si还原(FeO)液—液反应动力学模型和SiC还原(FeO)固—液反应动力学模型,并分析了各个过程的限制性环节。得出结论如下:(1)在1550℃条件下,Si参与反应180、360和600 s后,(FeO)的含量为21.3%、11.4%和9.1%。在一定温度条件下随反应时间的增加,还原反应速度越慢,并且在反应进行到600s时Si几乎完全参与反应。另外,在反应相同时间时温度越高,反应进行的越快,但随着反应时间增加,温度对该反应速度的影响越小。通过高温动力学实验和动力学模型的建立,得到Si还原(FeO)过程中的活化能为Ea=145.29 kJ/mol,判断该反应的限制性环节是反应生成的SiO2在渣中的扩散传质。(2)在1550℃条件下,SiC参与反应210、480和1200 s后,(FeO)的含量为31.3%、21.1%和8.2%。得出同样的结论,随反应时间的增加,反应速度越慢,在反应进行到1200s时SiC还未完全参与反应。在反应相同时间时温度越高,反应进行的越快,但随着反应时间增加,温度对反应速度的影响越小。通过还原动力学高温实验和动力学模型的建立,SiC还原(FeO)的过程是一级反应,活化能为Ea=134.35 kJ/mol,限制性环节是反应生成的SiO2在渣中的扩散传质。(3)在1600℃、碱度为0.42、(FeO)还原度为20%的条件下,SiO2在钒渣中溶解30、60和90 s后,SiO2的转化率分别为0.23、0.34、0.39,可以看出随着时间的增加,SiO2的溶解速率逐渐减小。(4)渣中FeO的还原度对于SiO2在熔渣中的溶解速率也有明显影响。在1600℃的条件下,随着(FeO)还原度的提高,SiO2溶解速率逐渐减小。还原度为0%时SiO2的转化率分别是还原度为20%和40%时的1.51~1.70倍和1.97~2.17倍。(5)在1600℃的条件下,SiO2溶解过程的限制性环节是溶解反应,(FeO)还原度为0%、20%、40%时的反应系数k’分别为2.30×10-6、2.06×10-6和1.96×10-6m/s,这表明随着(FeO)还原度越高SiO2溶解速率越慢。
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