【摘 要】
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中国钒钛资源储量丰富,分布广泛,以原生钒钛磁铁矿为主。针对钒钛磁铁矿,开发一步还原-熔分-钠化工艺同时实现铁和钒钛资源的综合回收利用,对于突破高炉转炉流程中钒钛资源回收率低的问题,提升我国钒钛资源的综合利用水平具有重要意义。但是,相关热力学数据和相平衡规律的缺失给新工艺开发带来了困难,钒钛磁铁矿经还原和钠化冶炼获得Na2O-TiO2-Fe O-Mg O-Si O2-Al2O3-V2O5多组分体系,
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中国钒钛资源储量丰富,分布广泛,以原生钒钛磁铁矿为主。针对钒钛磁铁矿,开发一步还原-熔分-钠化工艺同时实现铁和钒钛资源的综合回收利用,对于突破高炉转炉流程中钒钛资源回收率低的问题,提升我国钒钛资源的综合利用水平具有重要意义。但是,相关热力学数据和相平衡规律的缺失给新工艺开发带来了困难,钒钛磁铁矿经还原和钠化冶炼获得Na2O-TiO2-Fe O-Mg O-Si O2-Al2O3-V2O5多组分体系,其中Na2O-TiO2是核心二元体系。本文通过实验完善了Na2O-TiO2体系的热力学数据及高温相平衡规律,探讨了一步还原-熔分-钠化工艺的优化方向。论文主要研究内容和结论如下:（1）固相反应制备了高纯Na8Ti5O14、Na2Ti3O7和Na2Ti6O13三种化学计量比化合物,通过量热仪测定了化合物高温热容,计算获得其热力学参数吉布斯自由能G、熵S和焓H随温度的表达式,完善了Na2O-TiO2体系热力学数据。（2）在硫酸体系中,Na8Ti5O14、Na2Ti3O7和Na2Ti6O13在25℃下于100m L 98%浓硫酸中的溶解度分别为18.6077g、7.3297g和3.9948g;溶解速率从大到小依次为:Na8Ti5O14、Na2Ti3O7、Na2Ti6O13;随着反应温度的提高,钛酸钠的溶解速率显著提高,获得三种化合物的溶解表观活化能分别为54.33k J/mol、61.26k J/mol和68.73k J/mol,且反应均由化学反应控制。（3）借助经典高温相平衡-淬冷法和热分析方法对Na2O-TiO2二元相图进行了实验测定,完善了50-100mol%TiO2区间相图,该范围内存在Na8Ti5O14、Na2Ti3O7和Na2Ti6O13三种化合物,分别位于TiO2摩尔百分比为55.6mol%、75mol%和85.7mol%处。Na8Ti5O14为一致熔融化合物,熔点为1030℃;Na2Ti3O7可能位于一致熔融和非一致熔融化合物的交界处,分解温度为1130℃;Na2Ti6O13为非一致熔融化合物,分解温度为1300℃。在65mol%TiO2,温度为985℃时存在共晶反应;75mol%TiO2周围未发现显著的包晶反应;在82.7mol%TiO2,温度为1300℃时存在包晶反应。（4）对钒钛磁铁矿一步还原-熔分-钠化制备富钒钛渣工艺进行热力学分析:钒钛磁铁矿中的铁和部分钒还原进入液相,钛、钒、铝、硅则发生钠化反应生成相应的含氧酸钠盐进入渣相。通过添加适量的钠盐（22-38wt%）,使钒钛磁铁矿中的TiO2以Na8Ti5O14,Na2Ti3O7或二者的混合物的形式进入渣中,有利于下一步通过酸浸,实现钛资源的综合利用。
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