釩鉻渣物相結構及尖晶石生長機制與調控的研究

《釩鉻渣物相結構及尖晶石生長機制與調控的研究》是依託重慶大學，由刁江擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：釩鉻渣物相結構及尖晶石生長機制與調控的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：刁江
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

生產實踐和現有研究已證明：釩渣物相結構影響其質量，進而影響釩回收率。我們在釩渣結晶行為研究中發現，不同的冷卻制度和爐渣成分對釩渣物相結構有明顯影響。進一步實驗顯示：不同溫度區段下釩渣中尖晶石相的生長機理有所區別。由此，我們提出釩渣物相結構及尖晶石生長機制與調控研究。本項目以釩鉻渣（高鉻型釩渣）為研究對象，擬建立釩鉻渣中尖晶石的結晶速率模型，計算不同晶體析出的順序以及各自生長的最佳熱力學條件；以圖像分析法進行尖晶石相等溫和非等溫結晶巨觀動力學分析，闡明尖晶石相生長的主導機制和限制性環節；建立價態計算模型，結合實驗定量研究釩、鉻的價態分布和影響因素。本研究旨在揭示多元複雜含釩熔渣體系下尖晶石競爭性結晶行為這一關鍵科學問題。根據後續工序對釩鉻渣質量的要求，可對釩鉻渣物相和結晶過程進行調控。本研究為確立調控措施提供更充分的科學依據，為以紅格礦為代表的高鉻型釩鈦磁鐵礦的開發利用提供理論和技術支撐。

結題摘要

針對釩鉻渣物相結構影響其質量進而影響釩、鉻回收率的問題，本項目提出釩鉻渣物相結構及尖晶石生長機制與調控的研究。以釩鉻渣為研究對象，建立了模擬釩鉻渣中各物相形核與晶體長大行為的數學模型，研究了渣中不同物相的表觀結晶速率，探討了不同晶體析出的順序以及各自的最佳生長溫度區間，探明了組分、溫度對釩鉻渣中主要尖晶石形核和長大速率的影響規律，從本質上闡明了釩鉻渣中尖晶石、橄欖石、輝石等物相結晶的最佳熱力學條件，揭示了多元複雜含釩熔渣體系中尖晶石競爭性結晶行為這一關鍵科學問題。研究結果表明，釩鉻渣中Cr2O3含量、Cr2O3/V2O3的增大或SiO2/FeO的減小有利於尖晶石生長；TiO2對尖晶石生長影響較小；釩鉻渣中各晶體結晶能力順序為：FeCr2O4＞Mg2SiO4＞FeV2O4＞MgSiO3＞Fe2TiO4＞Mn2SiO4＞MnSiO3＞ Fe2SiO4。以高溫淬火-圖像分析法研究了釩鉻渣中尖晶石相等溫結晶和非等溫結晶巨觀動力學，分析了溫度、冷卻制度等因素對釩鉻渣中尖晶石相平均粒徑和結晶面積的影響規律，基於晶體尺寸分布理論闡明了尖晶石相生長的主導機制和限制性環節。5 K/min的低冷速有利於尖晶石生長，從1873 K降至1473 K時尖晶石平均粒徑達52.21 μm；當T＞1773 K時，尖晶石生長受形核控制；當T＜1773 K時，尖晶石生長受界面控制與擴散控制。降溫至1523 K保溫有利於尖晶石生長，保溫100 min後其平均粒徑可達60.34 μm，等溫過程尖晶石生長受擴散控制。採用微區表征手段從微觀角度研究了爐渣中釩、鉻元素的賦存物相和分布規律，結合離子分子共存理論和化學計量平衡建立了爐渣中釩、鉻價態計算的數學模型，結合實驗研究了氧勢、溫度、爐渣成分等因素對釩、鉻價態分布的影響規律。釩鉻渣中鉻主要存在形態為Cr3+，其次為Cr2+，有毒元素Cr6+最少；控制低氧壓、低Cr2O3含量和低V2O3含量可減少Cr6+含量。本研究為確立釩鉻渣物相結構的調控措施提供了充分的科學依據，可為以紅格礦為代表的高鉻型釩鈦磁鐵礦的開發利用提供理論和技術支撐。