鈦鐵礦還原過(guò)程的熱力學(xué)計(jì)算及相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、鈦鐵礦的還原過(guò)程是碳熱還原制備鐵基Ti(C，N)增強(qiáng)復(fù)合材料的關(guān)鍵步驟之一，對(duì)還原過(guò)程的熱力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究對(duì)制定鐵基Ti(C，N)增強(qiáng)復(fù)合材料工藝條件具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。 本文對(duì)不同溫度條件下鈦鐵礦還原過(guò)程的熱力學(xué)，不同還原劑對(duì)鈦鐵礦雜質(zhì)的影響以及不同溫度條件下鈦鐵礦還原過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，獲得了鈦鐵礦的還原反應(yīng)順序，確定了雜質(zhì)對(duì)還原過(guò)程的影響。 研究結(jié)果表明：FeTiO3還原成TiO2的

2、反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力在973K～1373K溫度范圍內(nèi)最大，還原成TiO的反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力在1373K～1573K溫度范圍內(nèi)最大，還原成TiN的反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力在1573K～1773K溫度范圍內(nèi)最大，還原成TiC的反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力在1773K以上的溫度范圍內(nèi)最大。在1873K以下，F(xiàn)eTiO3被C還原成Ti的反應(yīng)自由能變始終為正值。Ti2O3被C還原成TiO的反應(yīng)在1873K以下的溫度范圍內(nèi)始終為正值。在各階鈦氧化物生成TiC或TiN的反應(yīng)中，Ti3O5生成TiN的

3、反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力在1573K～1773K溫度范圍內(nèi)最大，Ti3O5生成TiC的反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力在1773K～1873K溫度范圍內(nèi)最大。對(duì)各種氧化物雜質(zhì)還原熱力學(xué)的研究表明，在實(shí)驗(yàn)要求的溫度范圍內(nèi)(T＜1873K)，C只能夠?qū)nO還原，Al可將MnO、SiO2和MgO還原；Si只能將MnO還原；Mg可將SiO2、MnO和Al2O3還原；Ca可將MnO、MgO、A12O3和SiO2還原。FeTiO3-C-N2體系熱分析曲線表明，F(xiàn)eTiO3與C還原生

4、成TiO2的反應(yīng)在797.1℃附近形成第一個(gè)吸熱峰；C的氣化和TiO2逐步還原成Ti3O5和Ti(C，O)的系列反應(yīng)形成了在1137℃附近形成了第二個(gè)吸熱峰；Ti(O，C)與N2反應(yīng)生成Ti(C，N)以及Fe3C的生成在1473℃附近形成構(gòu)成了第三個(gè)吸熱峰。鈦鐵礦在氮?dú)鈼l件下碳熱還原的具體過(guò)程可以總結(jié)為：FeTiO3→TiO2→Ti3O5→Ti(O，C)→Ti(C，N)。其中，750℃還原2小時(shí)的主要產(chǎn)物為FeTiO3、TiO2和C；8

5、50℃還原2小時(shí)的主要產(chǎn)物為FeTiO3、Fe、TiO2和C；1100℃還原2小時(shí)的主要產(chǎn)物為Fe、Ti3O5、TiO2和C；1350℃還原2小時(shí)的主要產(chǎn)物為Fe、Ti(C，O)和C；1400℃還原2小時(shí)的主要產(chǎn)物為Fe、Ti(C，N)和C；1500還原2小時(shí)的主要產(chǎn)物為Fe、Ti(C，N)、C和Fe3C。研究表明，在1350℃～1500℃溫度范圍內(nèi)，在N2氣氛下，C還原FeTiO3形成Ti(C，N)和鐵是完全可行的；而氧化物雜質(zhì)的還原