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钒渣相图是优化转炉提钒工艺和钒渣高效分离提取技术的重要基础和理论依据。但目前含钒氧化物相关热力学数据和相图非常缺乏,影响到对提钒技术和钒制品开发应用的深入研究。本文开展钒渣主要组元FeO-V2O3-SiO2-Al2O3四元系相图研究,既对进一步深入了解钒氧化物在钒渣中的赋存形式与结构特征,分析组成及温度变化对钒渣物相结构的影响规律有现实意义;又对提高钒的回收率和钒渣品位,深化钒渣制备和开发应用技术有着重要的理论指导作用。同时也是建立钒渣全组元热力学数据库分析全组元渣系性质的必要基础。 本文针对转炉提钒钒渣渣系的组成特点,以丰富含钒氧化物多元渣系相图为目标,研究并构建FeO-V2O3-SiO2-Al2O3四元系相图及其热力学数据库。通过硅酸盐熔体结构的分析,采用修正的准化学溶液模型描述体系中溶液相的吉布斯自由能,结合体系中相关相的热力学和相图数据,运用CALPHAD相图计算优化和相图计算方法,研究得出了描述体系中各项吉布斯自由能的模型参数,从而将体系的吉布斯自由能建立为温度和组成的函数关系。基于平衡体系吉布斯自由能最低原理运用CALPHAD方法结合FactSage热力学计算软件,计算得到了构建元FeO-V2O3-SiO2-Al2O3四元系相图的相关二元系相图,并结合多元系相图的外推构建方法得到了四元系相关三元系相图,在此基础上,最周构建得到了FeO-V2O3-SiO2-Al2O3四元系相图及其自洽性热力学数据库。取得的主要研究成果如下: ①基于二元系修正的准化学溶液模型,采用CALPHAD方法,计算得到了FeO-V2O3-SiO2-Al2O3四元系中FeO-V2O3、V2O3-SiO2和 V2O3-Al2O3三个含钒二元系相图,并对所建立的各二元系的相平衡特征进行了分析。计算结果和实验数据吻合的很好。计算结果对进一步构建三元系及多元系钒渣相图奠定了基础; ②基于分子-离子共存理论计算体系组元活度,结合二元系计算模型参数,运用多元系相图外推构建方法,计算得到了FeO-V2O3-SiO2、FeO-V2O3-Al2O3和V2O3-SiO2-Al2O3三个三元系相图,并分析了所构建三元相图的结构特征。计算结果和实验数据吻合。研究结果是深入研究钒渣平衡物相及其变化规律,构建四元系渣系相图的基础。 ③在构建FeO-V2O3-SiO2-Al2O3四元系各相关二元系和三元系相图的基础上,运用相图构建的外推方法,首次得到了FeO-V2O3-SiO2-Al2O3四元系相图并对相图结构特征和相区变化规律进行了初步分析。论文所建立的含钒四元系相图及其相关二元、三元相图,是钒渣体系多元系相图的重要组成部分。 ④对所建立的FeO-V2O3-SiO2-Al2O3四元系相图及其热力学数据库进行了应用分析。研究表明,要提高转炉提钒的钒渣质量,应使用低硅铁水。同时运用该热力学数据库还可计算钒渣体系的各物相组成和组元活度及其他热力学性质。此四元系热力学据库,丰富了钒渣渣系的基础数据,也是对FactSage等软件的含钒氧化物热力学数据库的有力补充。