李生平,呂學(xué)偉,宋 兵,繆輝俊,韓可喜
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TiO2-FeO-(SiO2,CaO,MgO)三元渣系的流變特性
李生平1,呂學(xué)偉1,宋 兵2,繆輝俊2,韓可喜2
(1. 重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,重慶 400044;2. 攀鋼集團(tuán)研究院有限公司,攀枝花 617000)
利用內(nèi)圓柱體旋轉(zhuǎn)法測(cè)試TiO2-FeO-SiO2、TiO2-FeO-CaO和TiO2-FeO-MgO三元高鈦渣體系的黏度和熔化性溫度的變化規(guī)律,并結(jié)合XRD及激光拉曼光譜對(duì)高鈦渣結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的表征。結(jié)果表明:SiO2含量增加會(huì)提高三元鈦渣黏度及熔化性溫度,惡化熔渣流動(dòng)性。CaO和MgO含量增加會(huì)降低鈦渣黏度及熔化性溫度,改善熔渣流動(dòng)性;鈦渣完全熔化后,黏度約為70~100 mPa?s,繼續(xù)升高溫度對(duì)鈦渣黏度無(wú)顯著影響。經(jīng)XRD和Raman光譜分析可知:鈦渣凝固后TiO2以金紅石形式存在。SiO2、MgO和CaO的添加對(duì)TiO2-FeO二元鈦渣拉曼特征峰影響不大,但均能使特征峰發(fā)生紅移;Ca2+和Mg2+以網(wǎng)格修飾子形式進(jìn)入鈦氧八面體,形成CaTiO3和MgTi2O5。
高鈦渣;黏度;拉曼光譜;結(jié)構(gòu)表征
隨著天然金紅石資源的減少,采用鈦鐵礦生產(chǎn)高鈦渣已成為鈦工業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)。電爐冶煉鈦鐵礦是目前制備高鈦渣的主流工藝[1?2]。電爐冶煉工藝的核心是后期的渣鐵分離,決定著鈦渣的冶煉成本、品位,而決定渣鐵分離的關(guān)鍵因素是渣相在高溫下的流變特性。
國(guó)內(nèi)外對(duì)于高鈦渣黏度的研究較少, 所能見(jiàn)到公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)主要包括前蘇聯(lián)科學(xué)院工作者[1]測(cè)量不同TiO2、Ti2O3、FeO、MgO含量下的高鈦渣黏度。研究發(fā)現(xiàn),一旦高鈦渣完全熔化后,其表觀黏度均為100~300 mPa?s,同時(shí)Ti2O3、Al2O3和MgO的添加會(huì)增加渣相的體相黏度,F(xiàn)eO、Cr2O3、MnO和CaO的添加可降低鈦渣的黏度,但其測(cè)試準(zhǔn)確度受到后來(lái)很多學(xué)者質(zhì)疑,一方面可能是受黏度計(jì)的精確度限制,很難測(cè)量黏度值低于100 mPa?s的渣;另一方面,爐渣高溫下保溫時(shí)間只有15~20 min,因此,其測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性受到質(zhì)疑。TUSET等[3]報(bào)道了其對(duì)TiO2-Ti2O3-MgTiO3三元體系下的54種渣樣的黏度實(shí)驗(yàn),得出結(jié)論:無(wú)論化學(xué)成分如何變化,爐渣完全融化后,黏度均為50~100 mPa?s,即使溫度繼續(xù)升高,黏度也不受影響。遺憾的是TUSET等[3]并未給出詳細(xì)的黏度數(shù)據(jù)及爐渣的粘溫曲線。HANDFIELD等[4]研究工業(yè)高鈦渣的黏度,研究發(fā)現(xiàn)鈦渣完全熔化后,黏度約為30 mPa?s,繼續(xù)升溫,其黏度無(wú)明顯變化,但僅報(bào)道了FeO(15%)和FeO(3.3%)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))兩種鈦渣,更詳細(xì)的數(shù)據(jù)沒(méi)有公開(kāi)。高國(guó)強(qiáng)等[5]研究化學(xué)組分及溫度對(duì)鈦渣的黏度和熔點(diǎn)的影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鈦渣中TiO2的還原度為0.2~0.3時(shí),黏度最低,一定量的Ti2O3有利于鈦渣的冶煉;還原度高(>0.45)則會(huì)增加鈦渣的黏度和熔點(diǎn)。趙志軍等[6?7]研究Al2O3和FeO對(duì)鈦渣生產(chǎn)的影響,研究發(fā)現(xiàn)保持一定的FeO濃度以及控制Al2O3濃度對(duì)于正常冶煉非常重要。無(wú)論是合成渣還是工業(yè)高鈦渣,均具有明顯短渣的特點(diǎn),在熔化性溫度以上,黏度很低,在接近熔化性溫度附近時(shí),黏度突然變大,有少量結(jié)晶固體析出懸浮在熔體中,使熔體變得粘稠。
TURKDOGAN[8]指出鈦渣中的TiO2主要是八面體結(jié)構(gòu)形式排列。鈦渣中的四價(jià)鈦離子的酸性并未表現(xiàn)出比氧化鋁強(qiáng)比二氧化硅的弱,高爐渣中添加適量的TiO2可以降低爐渣的黏度。液態(tài)熔渣中的TiO2和SiO2因固態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)差異性所表現(xiàn)出的性質(zhì)有很大差異?TOROMANOFF等[9]和TOGURI[10]研究了索雷爾渣中主要物相——鎂鈦礦(FeO·MgO·4TiO2)對(duì)其鈦渣性質(zhì)的影響規(guī)律。渣中二氧化鈦主要以6配位八面體結(jié)構(gòu),二氧化鈦的熔點(diǎn)也較低價(jià)鈦氧化物的熔點(diǎn)低,低價(jià)鈦含量增加可改變鈦渣的物理性質(zhì)。
現(xiàn)有的大型電爐冶煉工藝渣鐵分離效率低、冶煉過(guò)程能耗偏高,使得鈦渣的生產(chǎn)成本較高。攀枝花地區(qū)鈦精礦生產(chǎn)得到的鈦渣,氧化鈣和氧化鎂含量 高[11?12]。關(guān)于這類鈦渣的高溫流變特性及熔體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的報(bào)道缺乏。本文作者旨在研究高鈣鎂硅型鈦渣的黏度,并結(jié)合高溫下熔體的結(jié)構(gòu)揭示其流變行為,以豐富高鈦渣的黏度基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為提高渣鐵分離效率提供依據(jù)。
1.1 實(shí)驗(yàn)原料及制備
基于攀鋼85鈦渣化學(xué)成分用合成法制備三元高鈦渣試樣,試劑均為分析純,如表1所列。其中FeO與CaO分別由草酸亞鐵及碳酸鈣在隔絕空氣條件下分解得到。渣中的Ti2O3全部換算為TiO2。實(shí)驗(yàn)前后鈦渣的化學(xué)成分及變化如表2所列,是由XRF分析所得。
表1 實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑
表2 攀鋼現(xiàn)場(chǎng)85渣的化學(xué)成分
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法
本實(shí)驗(yàn)使用內(nèi)圓柱體旋轉(zhuǎn)測(cè)試法[13?15]。所用的主要設(shè)備為高溫黏度測(cè)試儀,其裝置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)所用測(cè)頭和坩堝均為鉬制。黏度測(cè)試前,先在室溫下用標(biāo)準(zhǔn)硅油校準(zhǔn)(Brookfield DV-Ⅱ+)儀器,將經(jīng)真空電弧爐充分預(yù)熔后的渣樣放入鉬坩堝并置于黏度爐中,通過(guò)抽高真空結(jié)合通高純氬氣如此反復(fù)洗爐3次以嚴(yán)格控制氣氛保護(hù)FeO,后經(jīng)一定升溫速率升至1700 ℃以上。當(dāng)爐溫達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度后保溫60 min,精確控制溫度在±1 ℃。實(shí)驗(yàn)設(shè)定轉(zhuǎn)速為24 r/min,采用降溫法定點(diǎn)測(cè)試黏度。對(duì)黏度測(cè)試后的高鈦渣進(jìn)行XRF及XRD分析處理,并運(yùn)用拉曼光譜對(duì)通過(guò)高溫熔化并經(jīng)Ga-In-Sn合金快速凝固后的高鈦渣進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。
圖1 高溫黏度測(cè)試設(shè)備
表3 實(shí)驗(yàn)前后鈦渣的化學(xué)成分
2.1 TiO2-FeO-SiO2渣系黏度
SiO2對(duì)TiO2-FeO-SiO2三元鈦渣黏度影響規(guī)律如圖2所示。由圖2可知,隨著SiO2含量從2%增至8%,其黏度隨溫度變化趨勢(shì)基本相似,每條曲線上均有一個(gè)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn),其轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度如圖3所示,每增加2% SiO2,鈦渣轉(zhuǎn)折溫度增加近10 ℃。當(dāng)溫度在轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度附近時(shí),隨溫度降低,黏度從200 mP?s增至1800 mPa?s,急劇增加,結(jié)晶區(qū)間變窄,而溫度僅降低15~20 ℃。當(dāng)高于轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度,黏度隨溫度升高無(wú)顯著變化。因此,用此轉(zhuǎn)折點(diǎn)處溫度表示鈦渣的熔化性溫度。
圖2 TiO2-FeO-SiO2三元渣系黏溫曲線
圖3 熔化性溫度隨SiO2含量的變化曲線
Fig. 3 Change curve of melt-property temperature with SiO2content
三元鈦渣TiO2-FeO-SiO2經(jīng)黏度測(cè)試后的XRD衍射圖譜如圖4所示。比較圖4中不同SiO2添加量所得XRD衍射峰可知,主要物相是金紅石(TiO2)和假板鈦礦(FeTi2O5)。圖中并未發(fā)現(xiàn)含硅物相,但在理論物象計(jì)算中發(fā)現(xiàn)有含硅物象存在,這是由于SiO2在1000 ℃時(shí)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變,由白色六方晶系磷石英轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨姆骄捣绞?。由于方石英具有完全化學(xué)惰性和中性酸堿值,在有觸媒或多成分化學(xué)系統(tǒng)中,都不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化或誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生,即使在高溫或惡劣環(huán)境中也不會(huì)發(fā)生裂解變質(zhì),導(dǎo)致鈦渣中SiO2物相含量從1000 ℃到1400 ℃未發(fā)生變化;溫度高于 1400 ℃,SiO2開(kāi)始進(jìn)入渣相。
圖4 TiO2-FeO-SiO2黏度測(cè)試后物相分析
2.2 TiO2-FeO-CaO三元渣系黏度
三元鈦渣TiO2-FeO-CaO黏溫曲線如圖5所示。由圖5可知,當(dāng)完全熔化后黏度值均小于100 mPa?s。其黏度?溫度曲線上均有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),高于轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí),隨溫度升高,黏度基本不變,低于轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí),隨溫度降低,黏度急劇增加,具有明顯短渣的特點(diǎn)[16]。這是由于TiO2-FeO-CaO鈦渣在熔化性溫度處有少量結(jié)晶性強(qiáng)的固體析出懸浮在熔體中,使熔體變得黏稠,引起黏度急劇變化。進(jìn)一步分析還可看出,隨CaO含量的增加,黏度?溫度曲線變陡,結(jié)晶區(qū)間變窄,這表明隨CaO增加,爐渣堿性增加,所表現(xiàn)出的短渣特性也越明顯。在相同溫度下,鈦渣黏度隨CaO含量的增加而降低,表明CaO可降低本渣系黏度。
圖5 TiO2-FeO-CaO三元渣系黏溫曲線
三元鈦渣TiO2-FeO-CaO熔化性溫度隨CaO含量變化的關(guān)系如圖6所示。由圖6可知,TiO2-FeO-CaO三元鈦渣的熔化性溫度分別為1678、1668、1665和1652 ℃,其降低的相對(duì)溫度分別為10、13和26 ℃,這表明CaO能顯著降低高鈦渣體系熔化性溫度。
圖6 熔化性溫度隨CaO含量變化曲線
三元鈦渣TiO2-FeO-CaO經(jīng)黏度測(cè)試后的XRD衍射圖譜如圖7所示。由圖7可知,不同CaO添加量的XRD衍射峰類似,主要物相是金紅石(TiO2)和假板鈦礦(FeTi2O5)。0.5%和1.0%CaO的衍射譜中僅發(fā)現(xiàn)了FeTi2O5和TiO2兩相,但隨著CaO含量增至1.5%時(shí),在29°處出現(xiàn)CaTi4O9相,當(dāng)CaO含量為2%時(shí),在34°處出現(xiàn)CaTiO3新相,與Factsage理論計(jì)算結(jié)果一致。這是由于隨渣中CaO含量增加,與渣中的TiO2結(jié)合力增加,渣中的CaTiO3隨之增加,CaTiO3在1450 ℃就基本全部轉(zhuǎn)化為渣相了。渣中的TiO2相也隨溫度升高而逐漸減少進(jìn)入渣相,且隨CaO的含量增加,在相同溫度下含量減少,渣相含量增加。
圖7 三元鈦渣黏度測(cè)試后的物相分析
2.3 TiO2-FeO-MgO三元渣系黏度
TiO2-FeO-MgO三元渣系黏溫曲線如圖8所示。由圖8可知,三元鈦渣一旦完全熔化后均有較低黏度,其黏度值小于80 mPa?s。黏溫曲線上均有明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn),溫度高于轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí),黏度基本不變,溫度低于轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí),黏度急劇增加,也具有明顯短渣的特點(diǎn)。這是由于在降溫過(guò)程中有高熔點(diǎn)物質(zhì)偏鈦酸鎂(MgTiO3)結(jié)晶析出,增加體系的黏度。隨MgO含量的增加,黏度降低,所測(cè)得的黏溫曲線變陡,結(jié)晶區(qū)間變窄,表明MgO增加爐渣堿性。當(dāng)渣完全熔化后,繼續(xù)升高溫度對(duì)渣系的黏度無(wú)顯著影響。
圖8 TiO2-FeO-MgO三元渣系黏溫曲線
圖9所示為熔化性溫度隨MgO含量的變化。由圖9進(jìn)一步分析可知,隨MgO含量從1%增至4%,三元鈦渣TiO2-FeO-MgO的轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度從1678 ℃降低至1652 ℃,因此,MgO可降低該渣系轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度,且降低的相對(duì)溫度分別為5、15和19 ℃。然而文獻(xiàn)[17]中指出鈦渣的黏度隨MgO的增加而增大,這可能是由于在文獻(xiàn)的研究過(guò)程中,當(dāng)溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)僅保溫15~20 min,這就使得黏度測(cè)試是在部分結(jié)晶并非完全熔融態(tài)下進(jìn)行,因此其黏度結(jié)果飽受爭(zhēng)議。本研究的鈦渣體系中,MgO對(duì)鈦渣黏度的影響規(guī)律與高國(guó)強(qiáng)等[5]和趙志軍等[6]的研究結(jié)果基本符合。
圖9 熔化性溫度隨MgO含量變化
黏度測(cè)試后TiO2-FeO-MgO三元鈦渣的XRD衍射圖譜如圖10所示。由圖10可知,不同MgO添加量的XRD衍射峰類似,主要物相是金紅石(TiO2)和鐵鎂板鈦礦((Fe Mg)TiO5)。通過(guò)理論計(jì)算,隨著MgO含量增加,與渣中TiO2可生成偏鈦酸鎂(MgTiO3),其熔點(diǎn)為1630 ℃,相對(duì)鈦渣其熔點(diǎn)有所降低。
圖10 TiO2-FeO-MgO黏度測(cè)試后物相分析
通過(guò)比較CaO和MgO對(duì)三元鈦渣黏度的影響,由此可以看出,MgO降低三元鈦渣熔化性溫度沒(méi)有CaO明顯。相對(duì)TiO2-FeO-MgO和TiO2-FeO-CaO三元鈦渣,TiO2-FeO-SiO2三元鈦渣黏溫曲線在轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近斜率變化稍緩,這可能是隨SiO2量增加,渣中硅酸鹽結(jié)構(gòu)增加,硅酸鹽結(jié)構(gòu)中Si4+之間沒(méi)有鍵直接相連,而是通過(guò)O2?連接起來(lái)形成以硅氧四面體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。
高鈦渣結(jié)晶迅速,隨著溫度的降低,很快在液體渣中析出一系列高結(jié)晶性能的高溫礦物,如鈣鈦礦、尖晶石、鈦酸鎂,并且這些礦物結(jié)晶溫度都很高。本文作者采用法國(guó)HORIBA Scientific拉曼儀器—HR Evolution, 對(duì)二元及三元高鈦渣進(jìn)行全波長(zhǎng)范圍微觀測(cè)試分析,其拉曼光譜如圖11所示。
圖11 二元及三元鈦渣拉曼光譜
由圖11可知,TiO2-FeO二元鈦渣樣品的Raman光譜包括了607.1 cm?1處最強(qiáng)峰,位于428.5 cm?1處次強(qiáng)度峰以及位于247.4 cm?1和139.3 cm?1處中等強(qiáng)度峰。其拉曼光譜與CAPWELL等[18]研究金紅石型TiO2拉曼光譜基本一致,如表4所列。而TiO2-FeO二元鈦渣中TiO2含量達(dá)到85%,可見(jiàn)TiO2-FeO二元鈦渣結(jié)構(gòu)主要以金紅石型結(jié)構(gòu)為主,但因受到FeO影響,其峰有發(fā)生紅移現(xiàn)象。
表4 不同研究者對(duì)于金紅石型TiO2的拉曼光譜的研究結(jié)果對(duì)比
Note:S means strong; M means medium; W means weak; V means very; B means brond
圖11中TiO2-FeO-SiO2三元鈦渣顯示出3個(gè)Raman活性模式,分別為258.1 cm?1、421.0 cm?1和602.2 cm?1,硅酸鹽玻璃體拉曼波段主要在800~1100 cm?1內(nèi),對(duì)應(yīng)著Si—O拉伸振動(dòng),本研究中TiO2-FeO-SiO2三元鈦渣拉曼光譜在800~1100 cm?1區(qū)間并未發(fā)現(xiàn)有特征峰,其原因是高爐渣中硅含量達(dá)到40%,而鈦渣中硅含量才6%左右,硅氧四面體聚合程度不明顯,不是熔渣中主要的黏滯留動(dòng)單元。MCMILLAN[19]研究表明,在硅酸鹽拉曼圖譜中,圖譜中430 cm?1處Si與Si連接方式只有通過(guò)橋氧。而比較TiO2-FeO二元鈦渣拉曼光譜,特征峰出現(xiàn)在421 cm?1處,表明硅氧化物的添加會(huì)使TiO2峰發(fā)生紅移,并且特征峰在139.3 cm?1處消失。
圖11中TiO2-FeO-MgO三元鈦渣顯示4個(gè)Raman活性模式,分別為144.5 cm?1、257.6 cm?1和402.9 cm?1和612.4 cm?1。257.6 cm?1處峰是由于Ti原子沿Z軸振動(dòng)所導(dǎo)致,402.9 cm?1處是由于Ti—O—Mg彎曲振動(dòng)所得,而607.1 cm?1處峰明顯消失,這可能是渣中MgO與TiO2固熔生成MgTi2O5相,Mg2+以網(wǎng)格修飾子(網(wǎng)格破壞者)形式進(jìn)入鈦氧八面體,部分[TiO6]進(jìn)入MgTi2O5晶格[20]。而MgTi2O5熔點(diǎn)比TiO2和Ti2O3低,這也是MgO降低鈦渣轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度原因。612.4 cm?1峰處是由于Ti-O-Ti對(duì)稱伸縮振動(dòng)所導(dǎo)致[21]。
圖11中TiO2-FeO-CaO三元鈦渣拉曼光譜僅能觀測(cè)到251.5 cm?1和429.9 cm?1兩個(gè)特征峰,且這兩個(gè)峰與TiO2-FeO二元鈦渣在此處特征峰相匹配,251.5 cm?1處對(duì)應(yīng)于O—Ti—O扭曲振動(dòng)。在429.9 cm?1附近高頻模主要是鈦氧八面體頂端氧原子在相對(duì)振 動(dòng)[22]。CaO的加入,使其在139.3 cm?1和607.1 cm?1處的特征峰消失。TiO2-FeO-CaO三元渣中雖然只加入2%CaO,卻表明CaO對(duì)于其渣系結(jié)構(gòu)有較大影響,XRD結(jié)果也表明渣中產(chǎn)生高結(jié)晶性能CaTiO3新物相,使渣結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。
1) 三元鈦渣一旦完全熔化后,均具有較低的黏度,約為70~100 mPa?s,繼續(xù)升溫,黏度基本保持不變。在轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近,結(jié)晶區(qū)間窄,隨溫度降低,黏度急劇增加,具有明顯短渣特性,屬于堿性渣。
2) CaO和MgO均能降低所研究體系中三元鈦渣的黏度和轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度,且CaO比MgO更明顯,而SiO2增加體系黏度和轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度。
3) 鈦渣主要成分是TiO2,經(jīng)XRD和Raman分析可知,高鈦渣中TiO2為金紅石型,鈦渣結(jié)構(gòu)與金紅石型TiO2結(jié)構(gòu)相似,由相互連接TiO2八面體構(gòu)成,晶格中心為Ti原子,八面體棱角上為6個(gè)氧原子。
4) SiO2對(duì)于鈦渣拉曼特征峰影響不大,但能使特征峰發(fā)生紅移;Ca2+和Mg2+以網(wǎng)格修飾子(網(wǎng)格破壞者)形式進(jìn)入鈦氧八面體,形成高結(jié)晶性能礦物CaTiO3和MgTi2O5。
[1] 胡克俊, 錫 淦, 姚 娟, 席 歆. 國(guó)內(nèi)鈦渣科研及生產(chǎn)現(xiàn)狀[J]. 稀有金屬快報(bào), 2007, 26(3): 7?15. HU Ke-jun, XI Gan, YAO Juan, XI Xin. Domestic research and production status of titanium slag[J]. Journal of Rare Metal, 2007, 26(3): 7?15.
[2] SONG Bing, ZHANG Kai, XI Fei, Lü Xue-wei. Carbothermic reduction of ilmenite concentrate with coke assisted by high energy ball milling[C]//TMS, 2014.
[3] TUSET J, TIDSSKR K, BERGV K. High-temperature phase relations and thermodynamics in the iron-titanium-oxygen system[J]. Metallurgical & Materials Transactions B, 1999, 30(4): 695?705.
[4] HANDFIELD G, CHARETTE G G. Viscosity and structure of industrial high TiO2slags[J]. Canadian Metallurgical Quarterly, 1971, 10(3): 235?243.
[5] 高國(guó)強(qiáng), 楊玉成, 楊大賢. 鈦渣黏度和熔點(diǎn)的測(cè)定[J]. 鋼鐵釩鈦, 1987, 1(9): 50?56. GAO Guo-qiang, YANG Yu-cheng, YANG Da-xian. Viscosity and melting point determination of titanium slag[J]. Iron Steel Vanadium Titanium, 1987, 1(9): 50?56.
[6] 趙志軍, 馬恩泉, 連玉錦. Al2O3在鈦渣中的行為[J]. 鋼鐵釩鈦, 2002, 23(3): 36?38. ZHAO Zhi-jun, MA En-quan, LIAN Yu-jin. Behavior of Al2O3in titanium slag[J]. Iron Steel Vanadium Titanium, 2002, 23(3): 36?38.
[7] 趙志軍. FeO在高鈦渣冶煉過(guò)程中的行為和影響[J]. 釩鈦, 1996(3): 21?23. ZHAO Zhi-jun. Behavior and effect of FeO during the smelting processing of high titanium slag[J]. Vanadium and Titanium, 1996(3): 21?23.
[8] TURKDOGAN E T. Physicochemical properties of molten slags and glasses[M]. London: Metals Society, 1983.
[9] TOROMANOFF I, FATHI H. The composition of a titanium slag from sorel[J]. Journal of the Less Common Metals, 1984, 97 (3): 317?329.
[10] TOGURI J M. Annual volume featuring hydrogen in metals and titanium[M]. Canadian: Canadian Institute of Mining and Metallurgy, 1978.
[11] 董海剛, 郭宇峰, 姜 濤, 陳家林, 范興祥. 高鈣鎂型鈦渣物相重構(gòu)法制取人造金紅石[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2012, 22(9): 2642?2647. DONG Hai-gang, GUO Yu-feng, JIANG Tao, CHEN Jia-lin, FAN Xing-xiang. Production of synthetic rutile from high CaO and MgO type titanium slag by mineral phase reconstruction process[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22(9): 2642?2647.
[12] 蔣 偉, 蔣訓(xùn)雄, 汪勝東, 范艷青, 劉 巍. 高鈦渣制備人造金紅石工藝研究[J]. 有色金屬(冶煉部分), 2012, 7(3): 22?25. JIANG Wei, JIANG Xun-xiong, WANG Sheng-dong, FAN Yan-qing, LIU Wei. Preparation of synthetic rutile by high titanium slag[J]. Nonferrous Metals (Extractive Metallurgy), 2012, 7(3): 22?25.
[13] 吳德志, 徐東亮, 吳耀楚. 黏度測(cè)定原理與應(yīng)用[J]. 中國(guó)儀器儀表, 2002, 6: 41?43. WU De-zhi, XU Dong-liang, WU Yao-chu. Principles and applications of viscosity measurement[J]. Instrument of China, 2002, 6: 41?43.
[14] 陳惠釗. 黏度測(cè)量[M]. 北京: 中國(guó)計(jì)量出版社, 2003. CHEN Hui-zhao. Viscosity determination[M]. Beijing: China Metrology Press, 2003.
[15] 杜忠選, 胡亞非, 張始齋. 黏度測(cè)量原理與方法[J]. 煤礦機(jī)械, 2006, 27(6): 1071?1072. DU Zhong-xuan, HU Ya-fei, ZHANG Shi-zhai. Principles and methods of viscosity measurement[J]. Coal and Mine Machinery, 2006, 27(6): 1071?1072.
[16] 張 力, 李光強(qiáng), 婁太平, 隋智通. 高鈦渣中鈦組分的選擇性富集與長(zhǎng)大[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2002, 38(4): 400?402. ZHANG Li, LI Guang-qiang, LOU Tai-ping, SUI Zhi-tong. Selective enrichment and growth of Ti component in high titanium slag[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2002, 38(4): 400?402.
[17] REZNICHENKO V A. The metallurgy of titanium: Investigation of electric melting of titanium slags[R]. U.S. Department Commerce, 1963.
[18] CAPWELL R J, SPAGNOLO F, DESESA M A. A rapid determination of low concentrations of anatase in rutile TiO2pigments by Raman spectroscopy[J]. Applied Spectroscopy, 1972, 26(5): 537?539.
[19] MCMILLAN P. Structural studies of silicate glasses and melts. applications and limitations of Raman spectroscopy[J]. American Mineralogist, 1984, 69(7): 622?644.
[20] EAV F, SCZANCOSKI J C, CAVALCANTE L S, PARIS E C, ESPINOSA J W M. Photoluminescence behavior in MgTiO3powders with vacancy distorted clusters and octahedral tilting[J]. Materials Chemistry and Physics, 2009, 117(1): 192?198.
[21] 王麗紅, 尤靜林, 王媛媛, 鄭少波, 西 蒙. 六方晶型MgTiO3溫致微結(jié)構(gòu)變化及其原位拉曼光譜研究[J]. 物理學(xué)報(bào), 2011, 60(10): 319?325. WANG Li-hong, YOU Jing-lin, WANG Yuan-yuan, ZHENG Shao-bo, XI Meng. Temperature dependent Raman spectra and micro-structure study of hexagonal MgTiO3crystal[J]. Journal of Physics, 2011, 60(10): 319?325.
[22] 陳春燕. 層狀鈣鈦礦多鐵改性研究[D]. 揚(yáng)州: 揚(yáng)州大學(xué), 2013. CHEN Chun-yan. Research on the modification of layered perovskite[D]. Yangzhou: Yangzhou University, 2013.
Rheological property of TiO2-FeO-(SiO2,CaO,MgO) ternary slag
LI Sheng-ping1, Lü Xue-wei1, SONG Bing2, MIAO Hui-jun2, HAN Ke-xi2
(1. School of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China.2. Panzhihua Iron and Steel Research Institute, Panzhihua 617000, China)
The viscosity and the melt-property temperature of TiO2-FeO-SiO2, TiO2-FeO-CaO and TiO2-FeO-MgO ternary slag were measured by the cylinder rotation method. The XRD and Raman spectroscope method were used for structural characterization. The results show that SiO2increases the viscosity and melt-property temperature of slag and worsens the slag fluidity, while CaO and MgO decrease the viscosity and melt-property temperature of slag, and improve the slag fluidity. Once the slag is completely molted, the viscosity is around 70?100 mPa?s, and continuing raising temperature will have no significant effect on viscosity. TiO2in the solidified slag is in formation of crystal type according to analysis of XRD and Raman spectroscope. The addition of CaO, MgO, SiO2only has a little influence on TiO2-FeO binary Raman characteristic lines, but all these influence can lead red shift. Ca2+and Mg2+, as network modifier, enter into the titanium oxide octahedron as a result of forming CaTiO3and MgTi2O5.
high titania slag; viscosity; Roman spectra; structural characterization
Project (51374262) supported by the National Natural Science Foundation of China
2015-08-25; Accepted date: 2016-01-14
Lü Xue-wei; Tel: +86-13658335559; E-mail: lvxuewei@cqu.edu.cn
1004-0609(2016)-09-2015-08
TF803.3
A
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51374262)
2015-08-25;
2016-01-14
呂學(xué)偉,教授,博士;電話:13658335559;E-mail:lvxuewei@cqu.edu.cn
(編輯 李艷紅)