白云鄂博矿铌矿物的还原实验研究

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白云鄂博矿是世界著名的多金属共生矿,其中Nb2O5含量达到660万吨。但由于白云鄂博矿铌矿物种类复杂、粒度细、品位低和当前冶金技术的限制,导致铌资源利用率低。  白云鄂博矿中铌的主要存在形式是铌铁矿(FeNb2O6),铌铁矿的还原特性具有重要的研究价值。使用纯FeNb2O6为原料进行研究可以在避免其他矿物元素影响的情况下获得对反应机理的最准确的认识。但从原矿中提取纯FeNb2O6十分困难,所以本文人工合成FeNb2O6纯物质,对其进行碳热、硅热还原研究,目的是揭示FeNb2O6碳热、硅热还原机理,为白云鄂博矿中铌资源的综合利用提供基础理论依据。  为了揭示FeNb2O6碳热还原还原机理,采用TG-DSC研究了还原机理,研究了1000℃到1300℃之间FeNb2O6与石墨的还原行为,结合XRD、SEM-EDS对FeNb2O6碳热还原后相组成、微观结构和形貌进行了分析。实验结果表明,FeNb2O6的碳热还原过程分为两个阶段,第一阶段的温度范围是1034℃-1124℃,这一阶段中FeNb2O6碳热还原为Fe和NbO2。第二阶段的温度范围是大于1124℃,这一阶段中间产物NbO2碳热还原为NbC。FeNb2O6的整个碳热还原过程是吸热的,还原过程中出现的主要物相为FeNb2O6→NbO2+Fe→NbC。第一个吸热峰的温度为1104℃,在这个温度出现了晶须状的铁颗粒;第二个吸热峰的温度为1203℃,在这个温度下表面疏松多孔,铁和碳化铌颗粒呈晶须状。  为了揭示FeNb2O6硅热还原机理,研究了1100℃到1500℃之间FeNb2O6与硅铁合金的还原,采用高温激光共聚焦显微镜在1100℃和1150℃下原位观察硅铁和FeNb2O6的界面反应行为,结合XRD、SEM-EDS对硅热还原后样品的相组成、微观结构和形貌进行了分析。实验结果表明,FeNb2O6的硅热还原过程分为两个阶段,第一阶段:当还原温度为1100℃,FeNb2O6硅热还原产物为Fe和NbO2。第二阶段:当还原温度大于1300℃时,NbO2硅热还原为Nb,Nb和Si生成NbSi2和Nb3Si,Fe和Nb生成Fe2Nb。FeNb2O6硅热还原过程中出现的主要物相为FeNb2O6→NbO2+Fe→NbSi2→Nb3Si+Fe2Nb。相对1150℃,1150℃时FeNb2O6在更短的时间内(大约1min)开始进行硅热反应,而且在相同的反应时间下,1150℃时反应区的宽度大于1100℃时反应区的宽度。界面反应区分为两个反应层,靠近硅铁的反应层主要由大量SiO2和FeSi2,少量NbO2组成;靠近FeNb2O6的反应层主要由大量FeSi2和NbO2组成。硅铁中的FeSi2相作为Si的传输媒介,把Si运送到反应区。温度越高,越有利于硅热还原的进行。
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