924 工程科学学报,第38卷,第7期 时,反应可自发进行.通过查相关热力学手册,对氧化形成Fe2O3或Fe2TiO3,Fe2O4的氧化趋势大于 表4反应的△G9进行计算,得出△G9-T关系式,结果 FeTio3.Fe2O3与TiO2在温度高于634℃(907K)时 列于表4.在一般的预热和焙烧温度条件下(<1350具备生成Fe2TO3的热力学条件,但还需考虑反应的 ℃),反应(2)-(4)均可自发进行,由FeO2和FeTO3动力学因素 表4含钛原料氧化过程中发生的主要反应及△G一关系式 Table 4 Main reactions and AGP-T relations in the oxidation process of titanium-bearing materials 反应方程式 △G/(J·ml-1) 反应式 484936+265.197T 4FeTi03+O,=TiO,+2Fe,O3 481108+252.157T 4Feli0,+O,=2Fe? TiOs +2Ti02 447146+214.743T 注:温度T的单位为K. 采用X射线衍射法检测两种含钛原料在空气中温度进一步升高至1050℃时,两种原料氧化产物中 不同温度条件下氧化2h的产物物相组成,如图5所Fe2TiO3相特征衍射峰均有增强的迹象,而在钛精矿的 示.可以看出:钒钛磁铁精矿在500℃时已开始氧化氧化产物中可以发现Fe2O3相的特征衍射峰明显减 生成Fe2O3相,而钛精矿在500℃时氧化还不明显;当弱.由此可知,上述热重曲线及热力学数据的分析符 温度升高至875℃时均有Fe2TiO3和TO2相生成;当合两种含钛原料的氧化特性 △上eO4 Fetio3 ▲ Feric.0Fe.O ,,.,i Fe, TiO, ·Fe,TiO*TiO /873℃ 到安买 500℃ 500℃ 图5温度对钒钛磁铁精矿和钛精矿氧化产物物相组成的影响.(a)钒钛磁铁精矿;(b)钛精矿 Fig 5 Effects of temperature on the phase composition of the V-Ii magnetite concentrate and titanium concentrate oxidation product: (a)V-li mag- netite concentrate:(b) titanium concentrate 综上可知,相比于钒钛磁铁精矿,钛精矿FeTO3 TiO,质量分数10% 含量高,开始氧化温度高,放热峰值低,这也是导致高 90→TO2质量分数21% 钛球团氧化速度慢及所需的预热时间长的主要原因, 同时钛精矿的最终氧化产物主要为Fe2TO3,可能是导 致球团强度低的主要原因 22.2预热时间对不同TO2质量分数预热球氧化度 的影响 65 对比了TO2质量分数10%和21%球团在预热过 程的氧化度变化规律,结果如图6所示.TiO2质量分 数高的球团,预热氧化速度慢,在相同预热时间条件 下,其氧化程度低;而要获得相同的氧化程度,需要延 1416182022242628 预热时间min 长预热时间,21%TiO2的球团在预热26min条件下才 图6预热时间对不同TO,质量分数预热球氧化度的影响 能达到10%TO2的球团预热12min时的氧化程度,此Fg6 Effect of preheating time on the oxidation degree of preheated 时两种预热球强度相当 pellets with different TiO, contents工程科学学报，第 38 卷，第 7 期 时，反应可自发进行． 通过查相关热力学手册［17］，对 表 4 反应的 ΔG T 进行计算，得出 ΔG T --T 关系式，结果 列于表 4． 在一般的预热和焙烧温度条件下( ＜ 1350 ℃ ) ，反应( 2) ～ ( 4) 均可自发进行，由 Fe3O4和 FeTiO3 氧化 形 成 Fe2O3 或 Fe2TiO5，Fe3O4 的氧 化 趋 势 大 于 FeTiO3 ． Fe2O3 与 TiO2 在温度高于 634 ℃ ( 907 K) 时， 具备生成 Fe2TiO5 的热力学条件，但还需考虑反应的 动力学因素． 表 4 含钛原料氧化过程中发生的主要反应及 ΔG T --T 关系式 Table 4 Main reactions and ΔG T --T relations in the oxidation process of titanium-bearing materials 反应方程式 ΔG T /( J·mol － 1 ) 反应式 4Fe3O4 + O2 6Fe2O3 － 484936 + 265. 197T ( 2) 4FeTiO3 + O2 4TiO2 + 2Fe2O3 － 481108 + 252. 157T ( 3) 4FeTiO3 + O2 2Fe2 TiO5 + 2TiO2 － 447146 + 214. 743T ( 4) Fe2O3 + TiO2 Fe2 TiO5 16981 － 18. 707T ( 5) 注: 温度 T 的单位为 K． 采用 X 射线衍射法检测两种含钛原料在空气中 不同温度条件下氧化 2 h 的产物物相组成，如图 5 所 示． 可以看出: 钒钛磁铁精矿在 500 ℃ 时已开始氧化 生成 Fe2O3 相，而钛精矿在 500 ℃ 时氧化还不明显; 当 温度升高至 875 ℃ 时均有 Fe2TiO5 和 TiO2 相生成; 当 温度进一步升高至 1050 ℃ 时，两种原料氧化产物中 Fe2TiO5 相特征衍射峰均有增强的迹象，而在钛精矿的 氧化产物中可以发现 Fe2O3 相的特征衍射峰明显减 弱． 由此可知，上述热重曲线及热力学数据的分析符 合两种含钛原料的氧化特性． 图 5 温度对钒钛磁铁精矿和钛精矿氧化产物物相组成的影响 . ( a) 钒钛磁铁精矿; ( b) 钛精矿 Fig． 5 Effects of temperature on the phase composition of the V--Ti magnetite concentrate and titanium concentrate oxidation product: ( a) V--Ti mag￾netite concentrate; ( b) titanium concentrate 综上可知，相比于钒钛磁铁精矿，钛精矿 FeTiO3 含量高，开始氧化温度高，放热峰值低，这也是导致高 钛球团氧化速度慢及所需的预热时间长的主要原因， 同时钛精矿的最终氧化产物主要为 Fe2TiO5，可能是导 致球团强度低的主要原因． 2. 2. 2 预热时间对不同 TiO2 质量分数预热球氧化度 的影响 对比了 TiO2 质量分数 10% 和 21% 球团在预热过 程的氧化度变化规律，结果如图 6 所示． TiO2 质量分 数高的球团，预热氧化速度慢，在相同预热时间条件 下，其氧化程度低; 而要获得相同的氧化程度，需要延 长预热时间，21% TiO2 的球团在预热 26 min 条件下才 能达到10% TiO2 的球团预热12 min 时的氧化程度，此 时两种预热球强度相当． 图 6 预热时间对不同 TiO2 质量分数预热球氧化度的影响 Fig． 6 Effect of preheating time on the oxidation degree of preheated pellets with different TiO2 contents · 429 ·