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钛是一种战略资源,其储量比较丰富,含钛产品在国防与国民经济各领域都有着广泛应用。随着钛工业的发展,天然金红石日益枯竭,品位较低但储量丰富的钛铁矿引起了产业界的关注。然而钛铁矿二氧化钛品位低,常需先将其富集为富钛料再进行后续处理,其中,电炉碳热还原法是应用最广泛的工艺。高钛渣体系熔点高使得各种物理化学性质测试困难,造成了高温物理性质基础数据的缺乏,阻碍了生产过程的精细化控制,限制了钛渣生产的进一步发展。尤其是攀枝花钛精矿冶炼所得的高钙镁型钛渣,其物理性质基础数据几乎空白。因此,开展高钛渣高温物理性质基础研究对钛工业的发展有重要意义。本论文采用自行研发的高温高真空黏度测试仪对高钙镁型钛渣的黏度进行了测试,并结合高温下熔体的结构揭示其流变行为,丰富了高钛渣的黏度基础数据,为我国高钛渣冶炼工艺在降低能耗、节约成本、冶炼参数优化等方面提供理论支持。课题研究得到的主要结论:①对二元及三元钛渣进行了黏度实验研究。Ti O2-Fe O-Ca O三元钛渣属于牛顿流体,其黏度值为常数,不受转速变化影响;Ti O2-Fe O二元钛渣黏度随渣系中Fe O含量和体系温度增加而降低,完全熔化后黏度约为80mpa.s;Fe O可明显降低二元钛渣转折点温度,Fe O含量从10%增至25%其转折点温度降低了112℃。二元及三元钛渣完全熔化后其黏度随温度升高无明显变化;在转折点附近,钛渣黏度随温度降低急剧增加;三元钛渣系中,钛渣完全熔化后,黏度值约为70-130mpa.s;Ca O和Mg O含量增加可降低转折点温度,降低温度分别为26℃和21℃;Si O2和Ti2O3表现出相反趋势,增加的温度分别为18℃和66℃。二元及三元钛渣黏度测试后,主要物相是Fe Ti2O5和Ti O2,在Ti O2-Fe O-Ca O渣系中含有Ca Ti O3新相,实验检测物相与理论计算结果一致。②对六元74型和85型钛渣以及现场渣进行了黏度实验研究。钛渣完全熔化后黏度值在70-140mpa.s,继续升高温度对黏度值无明显影响;当温度低于转折点温度钛渣黏度急剧增加,结晶速率加快,属碱性渣;钛渣转折点温度基本高于1620℃,是高熔点渣系;钛渣还原度增加,其黏度和转折点温度增加;钛渣黏度与渣中Fe O含量呈现相反趋势;Fe O有利于改善钛渣流动性,降低钛渣转折点温度;钛渣黏度及转折点温度随渣中Ti O2含量减少而降低;钛渣黏度测试后主要物相是(Fe Mg)xTiyO5和Ti O2。③运用拉曼光谱对高钛渣熔体结构进行了表征。钛渣主要成分是Ti O2,经XRD和Raman光谱分析可知钛渣中Ti O2晶型是金红石,晶型结构由相互连接Ti O2八面体构成,晶格中心为Ti原子,八面体菱角为6个氧原子,两个Ti O2分子组成一个晶胞;Si O2、Mg O和Ca O添加对于钛渣拉曼特征峰影响不大,但均能使特征峰发生红移;Ca2+和Mg2+以网格修饰子(网格破坏者)形式进入钛氧八面体,形成Ca Ti O3和Mg Ti2O5,降低钛渣熔点。6元钛渣有4个活性模式,85型钛渣特征峰较74型渣明显,但与金红石型Ti O2拉曼峰无较大区别;钛渣在610~630cm-1处有较强吸收峰,是Ti O6八面体高频振动模式。