鐵水中釩氧化及釩鐵尖晶石形成的研究

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1、第9卷增刊1過程工程學(xué)報(bào)Vol.9Suppl.No.12009年6月TheChineseJournalofProcessEngineeringJune2009鐵水中釩氧化及釩鐵尖晶石形成的研究青雪梅，謝兵，李丹柯，黃青云(重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400044)摘要：以熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果為依據(jù)對(duì)鐵水中釩的氧化行為及釩渣中釩、鐵存在的價(jià)態(tài)進(jìn)行了理論分析，模擬鐵水中釩的氧化反應(yīng)制取釩渣，運(yùn)用X衍射分析了釩鐵尖晶石的分子組成，研究了FeO對(duì)釩鐵尖晶石形成的影響.結(jié)果表明，3+2+2+3+鐵水中的釩主要被氧化成V，也有少部分被氧化成V，釩渣中的鐵有Fe和F

2、e兩種形式；當(dāng)初渣中氧化劑(FeO)的摩爾量與鐵水中V的摩爾量比X<2時(shí)，釩渣中的釩鐵尖晶石以FeV2O4的形式存在；當(dāng)23時(shí)，釩鐵尖晶石以Fe2VO4的形式存在.關(guān)鍵詞：釩氧化；熱力學(xué)計(jì)算；釩鐵尖晶石中圖分類號(hào)：TF01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009?606X(2009)S1?0122?051前言質(zhì)作用，在渣、鐵界面上進(jìn)行Si,Ti,V,Mn等元素的競(jìng)[1,6,9]爭(zhēng)氧化反應(yīng).因此本工作直接以FeO作為釩氧化的釩被廣泛運(yùn)用于鋼鐵、化工、航天、電子和醫(yī)藥等氧化劑進(jìn)行研究分析.領(lǐng)域

3、，含釩鐵礦經(jīng)高爐冶煉、鐵水提釩和釩渣鈉化等步x[i]+y[O2]=(ixO2y),(1)驟提釩是制取釩的主要途徑之一.鐵水提釩作為提釩過[1,2]x[i]+y(FeO)=(ixOy)+y[Fe],(2)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系著釩的回收率和釩渣品位，深受[3,4]國內(nèi)外冶金工作者們的重視.李遠(yuǎn)洲通過對(duì)轉(zhuǎn)爐吹式中，i表示被氧化的元素.[5]釩工藝的熱力學(xué)分析估算出了吹釩終點(diǎn)溫度；陳鐵等圖1為用FactSage熱力學(xué)計(jì)算軟件計(jì)算出的鐵水中[6,7]通過試驗(yàn)研究提出了轉(zhuǎn)爐吹釩的冷卻制度；李祖樹等可能發(fā)生的釩氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由通過對(duì)吹釩過程動(dòng)力學(xué)的

4、研究導(dǎo)出了脫釩反應(yīng)的速度能變化和溫度的關(guān)系曲線圖.表達(dá)式，計(jì)算出了脫釩溫度范圍.從圖1可以看出，在釩氧化反應(yīng)中，V與FeO生成?由于釩具有可變的化合價(jià)，能生成+2,+3,+4,+5多V2O3的反應(yīng)的?G值最小，其次是V與FeO反應(yīng)生成[8]??種價(jià)態(tài)的氧化物，增加了鐵水中釩氧化研究的復(fù)雜性，VO的?G值，再次是生成V2O4的?G值，生成V2O5?也出現(xiàn)了一些關(guān)于釩渣中釩的價(jià)態(tài)形式的不同結(jié)論.陳的?G值最大；VO被FeO繼續(xù)氧化成V2O3的反應(yīng)的[9]??東輝等認(rèn)為釩在釩渣中以+3和+4兩種價(jià)態(tài)存在；?G值大于VO生成的?G值；V2O4被Fe還原成V2

5、O3[10][11]??Werme等認(rèn)為釩在釩渣中以+3形式存在；Nohair等的反應(yīng)的?G值與V2O4的生成反應(yīng)的?G值相差很小，在文獻(xiàn)中指出釩鐵尖晶石有多種分子式，釩呈+2,+3等且隨著反應(yīng)溫度的升高，后者逐漸小于前者；V2O5被?價(jià)態(tài).針對(duì)此種情況，本工作以FactSage熱力學(xué)計(jì)算軟Fe還原成V2O3的反應(yīng)的?G值遠(yuǎn)小于V2O5的生成反應(yīng)?件的計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，對(duì)鐵水中釩的氧化行為及釩渣中的?G值.?釩、鐵存在的價(jià)態(tài)進(jìn)行了理論分析，模擬鐵水中釩的氧根據(jù)?G值越負(fù)，化學(xué)反應(yīng)正向進(jìn)行越容易的原理[12]化反應(yīng)制取釩渣，運(yùn)用X衍射分析了釩鐵尖晶石的分

6、子可知，F(xiàn)eO與V反應(yīng)生成V2O3的反應(yīng)最容易進(jìn)行，組成，驗(yàn)證了理論分析結(jié)果，并研究FeO對(duì)釩鐵尖晶石其次是生成VO的反應(yīng)；V2O4的生成反應(yīng)和還原反應(yīng)互形成的影響.相抑制，且隨著溫度的升高，V2O4的生成反應(yīng)變難，還原反應(yīng)變易，使得V2O4更難穩(wěn)定存在；V2O5的生成反2鐵水中釩氧化的熱力學(xué)分析應(yīng)很難進(jìn)行，且生成的V2O5將迅速被Fe還原成V2O3，由于鐵水中各組分的氧化速度比基本上遵守濃度使得V2O5無法存在；VO被FeO繼續(xù)氧化成V2O3的趨比，低釩鐵水整個(gè)吹煉過程的氧化特征可視為在鐵水勢(shì)小于其生成的趨勢(shì)，使得反應(yīng)生成的VO能穩(wěn)定存在；氣、液界

7、面上消耗的氧氣首先通過反應(yīng)(1)式形成以FeO高價(jià)釩氧化物被還原的同時(shí)，部分鐵也被氧化為+3價(jià).占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的初渣，然后再通過反應(yīng)(2)式即FeO的傳由此推得，反應(yīng)式(3)即V與FeO生成V2O3的反應(yīng)收稿日期：2008?10?16，修回日期：2009?03?16基金項(xiàng)目：國家973計(jì)劃資助項(xiàng)目(編號(hào)：2007CB613503)作者簡(jiǎn)介：青雪梅(1984?)，女，四川省南充市人，碩士研究生，冶金工程，E-mail:qingxmfly@126.com.增刊1青雪梅等：鐵水中釩氧化及釩鐵尖晶石形成的研究123是鐵水中釩氧化的主要反應(yīng)，V2O3是主要的釩氧化

8、物，3.2實(shí)驗(yàn)原料3+V是釩在釩渣中的主要價(jià)態(tài)；鐵水中的少部分V也與實(shí)驗(yàn)所用原料有工業(yè)純鐵、釩鐵、碳棒、Si