钛精矿内配碳球团定压比热容量测试

　　成都理工大学材料与化学化工学院2.攀枝花学院钒钛学院

　　1 引言

　　近年来以钛精矿、还原剂为原料在电炉内熔炼富集得到钛渣的工艺日益成熟，且钛渣在硫酸法钛白、氯化法钛白以及海绵钛的生产中使用得越来越多，钛白工业对钛渣的需求量达到35×104t。攀枝花地区的钛资源相当丰富，钛精矿的产量约占全国的67%，主要用于硫酸法钛白的生产和冶炼钛渣。以酸溶性钛渣为原料生产硫酸法钛白是重要的发展方向。

　　目前，国内外冶炼钛渣采用较多的工艺是将粉状钛精矿直接入电炉冶炼酸溶性钛渣。因采用钛精矿球团进入电炉冶炼钛渣，可大量缩短冶炼时间、降低冶炼电耗，以及能生产高品质钛渣，是当前钛渣技术的发展方向之一。但钛精矿球团的热性能对钛渣冶炼过程能耗的影响研究特别是其比热容的测试研究，目前未见报道。

　　笔者以攀枝花钛精矿和煤粉作为原料制成球团，测试了不同工艺条件（矿煤比、加热温度、造球压力、造球施压时间）下的比热容变化情况。不同的工艺参数造出的球团具有不同的比热容。试验结果可为钛精矿高效及低能耗冶炼钛渣提供一定的帮助和参考。

　　2 试验部分

　　2.1 试验原料

　　试验原料采用攀枝花地区的钛精矿、无烟煤。粘结剂是由聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素钠（CMC）、淀粉以及水在水解锅中于100℃的条件下混合调制而成。其中钛精矿的化学成分与粒度分布如表1和表2所示。无烟煤的化学组成与粒度分布如表3和表4所示。

　　2.2 试验研究方法

　　（1）干燥球团的制备及干燥

　　将还原剂的添加量设置为三个梯度5%、10%和15%，添加粘结剂的质量占球团总质量的5%。将钛精矿、无烟煤、粘结剂按比例混合，造球施加的压力分别设为14MPa、16MPa、18MPa，施压时间设为10s、30s和60s。将压好的湿球团放置在真空干燥箱中于105℃的条件下干燥1h得到干燥球团。

　　（2）干球团比热容测试

　　以BRR-Ⅲ比热容测试仪为加热和比热容测试的设备，干燥球团放置于特制的石墨坩埚中并设置温度，以此测定出不同工艺条件下的钛精矿内配碳球团的比热容，比热容测试流程如图1所示。

　　2.3 实验设备

　　实验所采用的主要设备：高温比热容测试仪：型号BRR-Ⅲ，温度100~1350℃；真空干燥箱：型号DZF，参数133MPa；手动油压压片机：压力<30MPa；模具：造球模具：冷作磨具钢，10mm~30mm；石墨坩埚：10mm×25mm。

　　2.4 试验原理

　　比热容c是单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量，其国际单位为J/(kg·℃)。定压比热容Cp是单位质量物质在压力不变的条件下温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。

　　1)比热容c的测定原理：

　　式（1）C-量热计的热容量，J/K；I-通过加热器的电流，A；U-加热器两端的电压，V；t-通电时间，S。

　　实际上应用上述高温比热容测试仪、按式（2）来测试定压比热容：

　　式（2）中Cp-试样的平均比热容，J/(Kg?k)；C-量热计的热容量，J/K；m-试样的质量，Kg；T1-试样的试验温度，K；Tc-量热计的初温，K；Tn-量热计的末温，K。

　　3 试验结果与讨论

　　3.1 试验结果

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