铌铁矿固相合成及碳热还原机理研究

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1、内蒙古科技大学硕士学位论文摘要铌是我国比较紧缺的稀有金属之一，我国的铌资源80％储存在包头白云鄂博矿，且主要以铌铁矿、铌铁金红石、易解石等形式存在。铌铁矿(FeNb206)作为铌精矿的主要矿物，具有很高的经济价值。本文人工合成纯铌铁矿，然后对铌铁矿进行碳热还原，对还原热力学进行了理论分析。采用等温和非等温TG．DSC结合XRD研究了还原反应过程，深入的探讨了铌铁矿还原的动力学机理。热力学分析表明，铌氧化物的还原顺序为Nb20s到Nb02，Nb02到NbO，NbO到NbC，NbC到Nb。等温热重分析得到了主体还原过程的表观活化能E=515．2KJ／mol，还原反应的速率常数k与温度丁的关系为I

2、nk=36．61995／T,反应的动力学方程为【(1训。1／3．112=／a，为三维扩散Z．L-T方程，表明气体CO在产物层中过的内扩散为整个反应的限制性环节。对非等温热分析及XRD分析表明，FeNb206碳热还原分两步进行：在1100一1240℃，FeNb206首先被还原为金属Fe和Nb02，该步骤E=264．4KJ／mol，lnk=-17．6-31799／T，反应的动力学方程为叶(1．a)ln(1．n)=衍：在1250--1350℃，第一步的还原产物Nb02被还原为NbC，该步骤E=482．7KJ／mol，lnk=17．6—31799／T,反应的动力学方程为[(1-a)q／3-l】2=翻

3、，与等温法得到的结果一致。非等温热分析法能得到整个还原过程的动力学参数。关键词：铌铁矿；碳热还原；动力学；活化能内蒙古科技大学硕士学位论文AbstractNiobiumisoneofraremetalmshortonmarketinChina．Niobiumresourcewith80％throughChinaisdepositedinBaiyuneboOre，andthemineralsconcernedareniobite，fersmiteandilmenorutile．Niobite(FeNb206)，usuallythemainphasecompositioninniobiumcon

4、centrate，isofhi曲valueineconomy．Inpresentpaper,pureniobitewassynthesizedinOurlaboratory，thensubjectedtocarbothermicreduction．ThereactionthermodynamicsWasanalyzed，andthekineticsWasinvestigatedusingisothermalandnon-isothermalthermogravimetryandXRDtechniques，theunderlymgmechanismWasdiscussed．Thermodyna

5、micsstudyindicatesthatniobiumoxideisreducedstagebystage，followingthesequenceofNb205toNb02，thentoNbO，andtoNbCfinally．Accordingtoisothermalthermogravimetryforoverall-rangereductionreaction,theactivationenergy庐5l5．2KJ／m01．therateconstantofreactionkiscorrelated“mtemperatureTbytherelationshiplnk=-36—619

6、95／T,andthereactionkineticsfollowstheZLT3-Ddiffusionequation[(1-a)-l／3．1]2_瓴whereadenotesloss．in．weightrote．ItindicatesthatCOgasdiffusioncrossthereactionproductlayeristhecontrollingstepincarbothermicreductionofFeNb206．Thecombiningofnon-isothermalthermogravimetrywithXRDtechniquesshowsFeNb206reductio

7、nconsistsoftwostages：thefirstisatthetemperaturerangeof100-1240℃，FeNb206isreducedbyCOgasstoFeandNb02，thekineticscallbecharacterizedby正宅64．4KJ／mol，lnk=17．6．31799／Zand口Hl-叻M1一a)：啸．ThesecondoccursatT_1250-1350℃