文章编号：1004-0609(2016)-09-2015-08

TiO₂-FeO-(SiO₂,CaO,MgO)三元渣系的流变特性

李生平¹，吕学伟¹，宋  兵²，缪辉俊²，韩可喜²

(1. 重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 400044；

2. 攀钢集团研究院有限公司，攀枝花 617000)

摘  要：利用内圆柱体旋转法测试TiO₂-FeO-SiO₂、TiO₂-FeO-CaO和TiO₂-FeO-MgO三元高钛渣体系的黏度和熔化性温度的变化规律，并结合XRD及激光拉曼光谱对高钛渣结构进行初步的表征。结果表明：SiO₂含量增加会提高三元钛渣黏度及熔化性温度，恶化熔渣流动性。CaO和MgO含量增加会降低钛渣黏度及熔化性温度，改善熔渣流动性；钛渣完全熔化后，黏度约为70~100 mPa·s，继续升高温度对钛渣黏度无显著影响。经XRD和Raman光谱分析可知：钛渣凝固后TiO₂以金红石形式存在。SiO₂、MgO和CaO的添加对TiO₂-FeO二元钛渣拉曼特征峰影响不大，但均能使特征峰发生红移；Ca²⁺和Mg²⁺以网格修饰子形式进入钛氧八面体，形成CaTiO₃和MgTi₂O₅。

关键词：高钛渣；黏度；拉曼光谱；结构表征

中图分类号：TF803.3　　     文献标志码：A

随着天然金红石资源的减少，采用钛铁矿生产高钛渣已成为钛工业的主要发展趋势。电炉冶炼钛铁矿是目前制备高钛渣的主流工艺^[1-2]。电炉冶炼工艺的核心是后期的渣铁分离，决定着钛渣的冶炼成本、品位，而决定渣铁分离的关键因素是渣相在高温下的流变特性。

国内外对于高钛渣黏度的研究较少, 所能见到公开发表的文献主要包括前苏联科学院工作者^[1]测量不同TiO₂、Ti₂O₃、FeO、MgO含量下的高钛渣黏度。研究发现，一旦高钛渣完全熔化后，其表观黏度均为100~300 mPa·s，同时Ti₂O₃、Al₂O₃和MgO的添加会增加渣相的体相黏度，FeO、Cr₂O₃、MnO和CaO的添加可降低钛渣的黏度，但其测试准确度受到后来很多学者质疑，一方面可能是受黏度计的精确度限制，很难测量黏度值低于100 mPa·s的渣；另一方面，炉渣高温下保温时间只有15~20 min，因此，其测试结果的准确性受到质疑。TUSET等^[3]报道了其对TiO₂-Ti₂O₃-MgTiO₃三元体系下的54种渣样的黏度实验，得出结论：无论化学成分如何变化，炉渣完全融化后，黏度均为50~100 mPa·s，即使温度继续升高，黏度也不受影响。遗憾的是TUSET等^[3]并未给出详细的黏度数据及炉渣的粘温曲线。HANDFIELD等^[4]研究工业高钛渣的黏度，研究发现钛渣完全熔化后，黏度约为30 mPa·s，继续升温，其黏度无明显变化，但仅报道了FeO(15%)和FeO(3.3%)(质量分数)两种钛渣，更详细的数据没有公开。高国强等^[5]研究化学组分及温度对钛渣的黏度和熔点的影响。研究发现当钛渣中TiO₂的还原度为0.2~0.3时，黏度最低，一定量的Ti₂O₃有利于钛渣的冶炼；还原度高(＞0.45)则会增加钛渣的黏度和熔点。赵志军等^[6-7]研究Al₂O₃和FeO对钛渣生产的影响，研究发现保持一定的FeO浓度以及控制Al₂O₃浓度对于正常冶炼非常重要。无论是合成渣还是工业高钛渣，均具有明显短渣的特点，在熔化性温度以上，黏度很低，在接近熔化性温度附近时，黏度突然变大，有少量结晶固体析出悬浮在熔体中，使熔体变得粘稠。

TURKDOGAN^[8]指出钛渣中的TiO₂主要是八面体结构形式排列。钛渣中的四价钛离子的酸性并未表现出比氧化铝强比二氧化硅的弱，高炉渣中添加适量的TiO₂可以降低炉渣的黏度。液态熔渣中的TiO₂和SiO₂因固态时的结构差异性所表现出的性质有很大差异。TOROMANOFF等^[9]和TOGURI^[10]研究了索雷尔渣中主要物相——镁钛矿(FeO·MgO·4TiO₂)对其钛渣性质的影响规律。渣中二氧化钛主要以6配位八面体结构，二氧化钛的熔点也较低价钛氧化物的熔点低，低价钛含量增加可改变钛渣的物理性质。

现有的大型电炉冶炼工艺渣铁分离效率低、冶炼过程能耗偏高，使得钛渣的生产成本较高。攀枝花地区钛精矿生产得到的钛渣，氧化钙和氧化镁含量    高^[11-12]。关于这类钛渣的高温流变特性及熔体结构数据的报道缺乏。本文作者旨在研究高钙镁硅型钛渣的黏度，并结合高温下熔体的结构揭示其流变行为，以丰富高钛渣的黏度基础数据，为提高渣铁分离效率提供依据。

1  实验

1.1  实验原料及制备

基于攀钢85钛渣化学成分用合成法制备三元高钛渣试样，试剂均为分析纯，如表1所列。其中FeO与CaO分别由草酸亚铁及碳酸钙在隔绝空气条件下分解得到。渣中的Ti₂O₃全部换算为TiO₂。实验前后钛渣的化学成分及变化如表2所列，是由XRF分析所得。

1.2  实验设备及方法

本实验使用内圆柱体旋转测试法^[13-15]。所用的主要设备为高温黏度测试仪，其装置如图1所示。实验所用测头和坩埚均为钼制。黏度测试前，先在室温下用标准硅油校准(Brookfield DV-Ⅱ+)仪器，将经真空电弧炉充分预熔后的渣样放入钼坩埚并置于黏度炉中，通过抽高真空结合通高纯氩气如此反复洗炉3次以严格控制气氛保护FeO，后经一定升温速率升至1700 ℃以上。当炉温达到实验温度后保温60 min，精确控制温度在±1 ℃。实验设定转速为24 r/min，采用降温法定点测试黏度。对黏度测试后的高钛渣进行XRF及XRD分析处理，并运用拉曼光谱对通过高温熔化并经Ga-In-Sn合金快速凝固后的高钛渣进行结构表征。

表1  实验所用化学试剂

Table 1  Chemical reagent in present experiment

表2  攀钢现场85渣的化学成分

Table 2  Main chemical composition of Panzhihua 85 slag (mass fraction, %)

表3  实验前后钛渣的化学成分

Table 3  Chemical composition of titanium slag before and after experiment

图1  高温黏度测试设备

Fig. 1  Experimental apparatus for viscosity measurement

2  结果与讨论

2.1  TiO₂-FeO-SiO₂渣系黏度

SiO₂对TiO₂-FeO-SiO₂三元钛渣黏度影响规律如图2所示。由图2可知，随着SiO₂含量从2%增至8%，其黏度随温度变化趋势基本相似，每条曲线上均有一个明显转折点，其转折点对应温度如图3所示，每增加2% SiO₂，钛渣转折温度增加近10 ℃。当温度在转折点温度附近时，随温度降低，黏度从200 mP·s增至1800 mPa·s，急剧增加，结晶区间变窄，而温度仅降低15~20 ℃。当高于转折点温度，黏度随温度升高无显著变化。因此，用此转折点处温度表示钛渣的熔化性温度。

图2  TiO₂-FeO-SiO₂三元渣系黏温曲线

Fig. 2  Viscosity-temperature curves of ternary slag TiO₂-FeO-SiO₂

三元钛渣TiO₂-FeO-SiO₂经黏度测试后的XRD衍射图谱如图4所示。比较图4中不同SiO₂添加量所得XRD衍射峰可知，主要物相是金红石(TiO₂)和假板钛矿(FeTi₂O₅)。图中并未发现含硅物相，但在理论物象计算中发现有含硅物象存在，这是由于SiO₂在1000 ℃时发生晶型转变，由白色六方晶系磷石英转变为白色四方晶系方石英。由于方石英具有完全化学惰性和中性酸碱值，在有触媒或多成分化学系统中，都不会发生化学变化或诱导化学反应发生，即使在高温或恶劣环境中也不会发生裂解变质，导致钛渣中SiO₂物相含量从1000 ℃到1400 ℃未发生变化；温度高于    1400 ℃，SiO₂开始进入渣相。

2.2  TiO₂-FeO-CaO三元渣系黏度

三元钛渣TiO₂-FeO-CaO黏温曲线如图5所示。由图5可知，当完全熔化后黏度值均小于100 mPa·s。

图3  熔化性温度随SiO₂含量的变化曲线

Fig. 3  Change curve of melt-property temperature with SiO₂ content

图4  TiO₂-FeO-SiO₂黏度测试后物相分析

Fig. 4  XRD patterns of TiO₂-FeO-SiO₂ ternary titania slag

图5  TiO₂-FeO-CaO三元渣系黏温曲线

Fig. 5  Viscosity-temperature curves of ternary TiO₂-FeO- CaO slag

其黏度-温度曲线上均有明显的转折点，高于转折点时，随温度升高，黏度基本不变，低于转折点时，随温度降低，黏度急剧增加，具有明显短渣的特点^[16]。这是由于TiO₂-FeO-CaO钛渣在熔化性温度处有少量结晶性强的固体析出悬浮在熔体中，使熔体变得黏稠，引起黏度急剧变化。进一步分析还可看出，随CaO含量的增加，黏度-温度曲线变陡，结晶区间变窄，这表明随CaO增加，炉渣碱性增加，所表现出的短渣特性也越明显。在相同温度下，钛渣黏度随CaO含量的增加而降低，表明CaO可降低本渣系黏度。

三元钛渣TiO₂-FeO-CaO熔化性温度随CaO含量变化的关系如图6所示。由图6可知，TiO₂-FeO-CaO三元钛渣的熔化性温度分别为1678、1668、1665和1652 ℃，其降低的相对温度分别为10、13和26 ℃，这表明CaO能显著降低高钛渣体系熔化性温度。

图6  熔化性温度随CaO含量变化曲线

Fig. 6  Change curve of melt-property temperature with CaO content

图7  三元钛渣黏度测试后的物相分析

Fig. 7  XRD patterns of ternary titania slag system of TiO₂-FeO-CaO

三元钛渣TiO₂-FeO-CaO经黏度测试后的XRD衍射图谱如图7所示。由图7可知，不同CaO添加量的XRD衍射峰类似，主要物相是金红石(TiO₂)和假板钛矿(FeTi₂O₅)。0.5%和1.0%CaO的衍射谱中仅发现了FeTi₂O₅和TiO₂两相，但随着CaO含量增至1.5%时，在29°处出现CaTi₄O₉相，当CaO含量为2%时，在34°处出现CaTiO₃新相，与Factsage理论计算结果一致。这是由于随渣中CaO含量增加，与渣中的TiO₂结合力增加，渣中的CaTiO₃随之增加，CaTiO₃在1450 ℃就基本全部转化为渣相了。渣中的TiO₂相也随温度升高而逐渐减少进入渣相，且随CaO的含量增加，在相同温度下含量减少，渣相含量增加。

2.3  TiO₂-FeO-MgO三元渣系黏度

TiO₂-FeO-MgO三元渣系黏温曲线如图8所示。由图8可知，三元钛渣一旦完全熔化后均有较低黏度，其黏度值小于80 mPa·s。黏温曲线上均有明显转折点，温度高于转折点时，黏度基本不变，温度低于转折点时，黏度急剧增加，也具有明显短渣的特点。这是由于在降温过程中有高熔点物质偏钛酸镁(MgTiO₃)结晶析出，增加体系的黏度。随MgO含量的增加，黏度降低，所测得的黏温曲线变陡，结晶区间变窄，表明MgO增加炉渣碱性。当渣完全熔化后，继续升高温度对渣系的黏度无显著影响。

图8  TiO₂-FeO-MgO三元渣系黏温曲线

Fig. 8  Viscosity-temperature curves of ternary slag TiO₂-FeO-MgO

图9所示为熔化性温度随MgO含量的变化。由图9进一步分析可知，随MgO含量从1%增至4%，三元钛渣TiO₂-FeO-MgO的转折点温度从1678 ℃降低至1652 ℃，因此，MgO可降低该渣系转折点温度，且降低的相对温度分别为5、15和19 ℃。然而文献[17]中指出钛渣的黏度随MgO的增加而增大，这可能是由于在文献的研究过程中，当温度达到实验温度时仅保温15~20 min，这就使得黏度测试是在部分结晶并非完全熔融态下进行，因此其黏度结果饱受争议。本研究的钛渣体系中，MgO对钛渣黏度的影响规律与高国强等^[5]和赵志军等^[6]的研究结果基本符合。

黏度测试后TiO₂-FeO-MgO三元钛渣的XRD衍射图谱如图10所示。由图10可知，不同MgO添加量的XRD衍射峰类似，主要物相是金红石(TiO₂)和铁镁板钛矿((Fe Mg)_xTi_yO₅)。通过理论计算，随着MgO含量增加，与渣中TiO₂可生成偏钛酸镁(MgTiO₃)，其熔点为1630 ℃，相对钛渣其熔点有所降低。

图9  熔化性温度随MgO含量变化

Fig. 9  Change of melt-property temperature with MgO content

图10  TiO₂-FeO-MgO黏度测试后物相分析

Fig. 10  XRD patterns of TiO₂-FeO-MgO ternary titania slag

通过比较CaO和MgO对三元钛渣黏度的影响，由此可以看出，MgO降低三元钛渣熔化性温度没有CaO明显。相对TiO₂-FeO-MgO和TiO₂-FeO-CaO三元钛渣，TiO₂-FeO-SiO₂三元钛渣黏温曲线在转折点附近斜率变化稍缓，这可能是随SiO₂量增加，渣中硅酸盐结构增加，硅酸盐结构中Si⁴⁺之间没有键直接相连，而是通过O^2-连接起来形成以硅氧四面体结构为基础。

3  结构表征

高钛渣结晶迅速，随着温度的降低，很快在液体渣中析出一系列高结晶性能的高温矿物，如钙钛矿、尖晶石、钛酸镁，并且这些矿物结晶温度都很高。本文作者采用法国HORIBA Scientific拉曼仪器—HR Evolution, 对二元及三元高钛渣进行全波长范围微观测试分析，其拉曼光谱如图11所示。

图11  二元及三元钛渣拉曼光谱

Fig. 11  Raman spectra of binary and ternary titania slag system

由图11可知，TiO₂-FeO二元钛渣样品的Raman光谱包括了607.1 cm^-1处最强峰，位于428.5 cm^-1处次强度峰以及位于247.4 cm^-1和139.3 cm^-1处中等强度峰。其拉曼光谱与CAPWELL等^[18]研究金红石型TiO₂拉曼光谱基本一致，如表4所列。而TiO₂-FeO二元钛渣中TiO₂含量达到85%，可见TiO₂-FeO二元钛渣结构主要以金红石型结构为主，但因受到FeO影响，其峰有发生红移现象。

表4  不同研究者对于金红石型TiO₂的拉曼光谱的研究结果对比

Table 4  Comparison with other results on Raman spectrum of rutile

图11中TiO₂-FeO-SiO₂三元钛渣显示出3个Raman活性模式，分别为258.1 cm^-1、421.0 cm^-1和602.2 cm^-1，硅酸盐玻璃体拉曼波段主要在800~1100 cm^-1内，对应着Si—O拉伸振动，本研究中TiO₂-FeO-SiO₂三元钛渣拉曼光谱在800~1100 cm^-1区间并未发现有特征峰，其原因是高炉渣中硅含量达到40%，而钛渣中硅含量才6%左右，硅氧四面体聚合程度不明显，不是熔渣中主要的黏滞留动单元。MCMILLAN^[19]研究表明，在硅酸盐拉曼图谱中，图谱中430 cm^-1处Si与Si连接方式只有通过桥氧。而比较TiO₂-FeO二元钛渣拉曼光谱，特征峰出现在421 cm^-1处，表明硅氧化物的添加会使TiO₂峰发生红移，并且特征峰在139.3 cm^-1处消失。

图11中TiO₂-FeO-MgO三元钛渣显示4个Raman活性模式，分别为144.5 cm^-1、257.6 cm^-1和402.9 cm^-1和612.4 cm^-1。257.6 cm^-1处峰是由于Ti原子沿Z轴振动所导致，402.9 cm^-1处是由于Ti—O—Mg弯曲振动所得，而607.1 cm^-1处峰明显消失，这可能是渣中MgO与TiO₂固熔生成MgTi₂O₅相，Mg²⁺以网格修饰子(网格破坏者)形式进入钛氧八面体，部分[TiO₆]进入MgTi₂O₅晶格^[20]。而MgTi₂O₅熔点比TiO₂和Ti₂O₃低，这也是MgO降低钛渣转折点温度原因。612.4 cm^-1峰处是由于Ti-O-Ti对称伸缩振动所导致^[21]。

图11中TiO₂-FeO-CaO三元钛渣拉曼光谱仅能观测到251.5 cm^-1和429.9 cm^-1两个特征峰，且这两个峰与TiO₂-FeO二元钛渣在此处特征峰相匹配，251.5 cm^-1处对应于O—Ti—O扭曲振动。在429.9 cm^-1附近高频模主要是钛氧八面体顶端氧原子在相对振动^[22]。CaO的加入，使其在139.3 cm^-1和607.1 cm^-1处的特征峰消失。TiO₂-FeO-CaO三元渣中虽然只加入2%CaO，却表明CaO对于其渣系结构有较大影响，XRD结果也表明渣中产生高结晶性能CaTiO₃新物相，使渣结构发生改变。

4  结论

1) 三元钛渣一旦完全熔化后，均具有较低的黏度，约为70~100 mPa·s，继续升温，黏度基本保持不变。在转折点附近，结晶区间窄，随温度降低，黏度急剧增加，具有明显短渣特性，属于碱性渣。

2) CaO和MgO均能降低所研究体系中三元钛渣的黏度和转折点温度，且CaO比MgO更明显，而SiO₂增加体系黏度和转折点温度。

3) 钛渣主要成分是TiO₂，经XRD和Raman分析可知，高钛渣中TiO₂为金红石型，钛渣结构与金红石型TiO₂结构相似，由相互连接TiO₂八面体构成，晶格中心为Ti原子，八面体棱角上为6个氧原子。

4) SiO₂对于钛渣拉曼特征峰影响不大，但能使特征峰发生红移；Ca²⁺和Mg²⁺以网格修饰子(网格破坏者)形式进入钛氧八面体，形成高结晶性能矿物CaTiO₃和MgTi₂O₅。

REFERENCES

[1] 胡克俊, 锡 淦, 姚 娟, 席 歆. 国内钛渣科研及生产现状[J]. 稀有金属快报, 2007, 26(3): 7-15.

HU Ke-jun, XI Gan, YAO Juan, XI Xin. Domestic research and production status of titanium slag[J]. Journal of Rare Metal, 2007, 26(3): 7-15.

[2] SONG Bing, ZHANG Kai, XI Fei, L Xue-wei. Carbothermic reduction of ilmenite concentrate with coke assisted by high energy ball milling[C]//TMS, 2014.

[3] TUSET J, TIDSSKR K, BERGV K. High-temperature phase relations and thermodynamics in the iron-titanium-oxygen system[J]. Metallurgical & Materials Transactions B, 1999, 30(4): 695-705.

[4] HANDFIELD G, CHARETTE G G. Viscosity and structure of industrial high TiO₂ slags[J]. Canadian Metallurgical Quarterly, 1971, 10(3): 235-243.

[5] 高国强, 杨玉成, 杨大贤. 钛渣黏度和熔点的测定[J]. 钢铁钒钛, 1987, 1(9): 50-56.

GAO Guo-qiang, YANG Yu-cheng, YANG Da-xian. Viscosity and melting point determination of titanium slag[J]. Iron Steel Vanadium Titanium, 1987, 1(9): 50-56.

[6] 赵志军, 马恩泉, 连玉锦. Al₂O₃在钛渣中的行为[J]. 钢铁钒钛, 2002, 23(3): 36-38.

ZHAO Zhi-jun, MA En-quan, LIAN Yu-jin. Behavior of Al₂O₃ in titanium slag[J]. Iron Steel Vanadium Titanium, 2002, 23(3): 36-38.

[7] 赵志军. FeO在高钛渣冶炼过程中的行为和影响[J]. 钒钛, 1996(3): 21-23.

ZHAO Zhi-jun. Behavior and effect of FeO during the smelting processing of high titanium slag[J]. Vanadium and Titanium, 1996(3): 21-23.

[8] TURKDOGAN E T. Physicochemical properties of molten slags and glasses[M]. London: Metals Society, 1983.

[9] TOROMANOFF I, FATHI H. The composition of a titanium slag from sorel[J]. Journal of the Less Common Metals, 1984, 97 (3): 317-329.

[10] TOGURI J M. Annual volume featuring hydrogen in metals and titanium[M]. Canadian: Canadian Institute of Mining and Metallurgy, 1978.

[11] 董海刚, 郭宇峰, 姜 涛, 陈家林, 范兴祥. 高钙镁型钛渣物相重构法制取人造金红石[J]. 中国有色金属学报, 2012, 22(9): 2642-2647.

DONG Hai-gang, GUO Yu-feng, JIANG Tao, CHEN Jia-lin, FAN Xing-xiang. Production of synthetic rutile from high CaO and MgO type titanium slag by mineral phase reconstruction process[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22(9): 2642-2647.

[12] 蒋 伟, 蒋训雄, 汪胜东, 范艳青, 刘 巍. 高钛渣制备人造金红石工艺研究[J]. 有色金属(冶炼部分), 2012, 7(3): 22-25.

JIANG Wei, JIANG Xun-xiong, WANG Sheng-dong, FAN Yan-qing, LIU Wei. Preparation of synthetic rutile by high titanium slag[J]. Nonferrous Metals (Extractive Metallurgy), 2012, 7(3): 22-25.

[13] 吴德志, 徐东亮, 吴耀楚. 黏度测定原理与应用[J]. 中国仪器仪表, 2002, 6: 41-43.

WU De-zhi, XU Dong-liang, WU Yao-chu. Principles and applications of viscosity measurement[J]. Instrument of China, 2002, 6: 41-43.

[14] 陈惠钊. 黏度测量[M]. 北京: 中国计量出版社, 2003.

CHEN Hui-zhao. Viscosity determination[M]. Beijing: China Metrology Press, 2003.

[15] 杜忠选, 胡亚非, 张始斋. 黏度测量原理与方法[J]. 煤矿机械, 2006, 27(6): 1071-1072.

DU Zhong-xuan, HU Ya-fei, ZHANG Shi-zhai. Principles and methods of viscosity measurement[J]. Coal and Mine Machinery, 2006, 27(6): 1071-1072.

[16] 张 力, 李光强, 娄太平, 隋智通. 高钛渣中钛组分的选择性富集与长大[J]. 金属学报, 2002, 38(4): 400-402.

ZHANG Li, LI Guang-qiang, LOU Tai-ping, SUI Zhi-tong. Selective enrichment and growth of Ti component in high titanium slag[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2002, 38(4): 400-402.

[17] REZNICHENKO V A. The metallurgy of titanium: Investigation of electric melting of titanium slags[R]. U.S. Department Commerce, 1963.

[18] CAPWELL R J, SPAGNOLO F, DESESA M A. A rapid determination of low concentrations of anatase in rutile TiO₂ pigments by Raman spectroscopy[J]. Applied Spectroscopy, 1972, 26(5): 537-539.

[19] MCMILLAN P. Structural studies of silicate glasses and melts. applications and limitations of Raman spectroscopy[J]. American Mineralogist, 1984, 69(7): 622-644.

[20] EAV F, SCZANCOSKI J C, CAVALCANTE L S, PARIS E C, ESPINOSA J W M. Photoluminescence behavior in MgTiO₃ powders with vacancy distorted clusters and octahedral tilting[J]. Materials Chemistry and Physics, 2009, 117(1): 192-198.

[21] 王丽红, 尤静林, 王媛媛, 郑少波, 西 蒙. 六方晶型MgTiO₃ 温致微结构变化及其原位拉曼光谱研究[J]. 物理学报, 2011, 60(10): 319-325.

WANG Li-hong, YOU Jing-lin, WANG Yuan-yuan, ZHENG Shao-bo, XI Meng. Temperature dependent Raman spectra and micro-structure study of hexagonal MgTiO₃ crystal[J]. Journal of Physics, 2011, 60(10): 319-325.

[22] 陈春燕. 层状钙钛矿多铁改性研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2013.

CHEN Chun-yan. Research on the modification of layered perovskite[D]. Yangzhou: Yangzhou University, 2013.

Rheological property of TiO₂-FeO-(SiO₂,CaO,MgO) ternary slag

LI Sheng-ping¹, L Xue-wei¹, SONG Bing², MIAO Hui-jun², HAN Ke-xi²

(1. School of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China.

2. Panzhihua Iron and Steel Research Institute, Panzhihua 617000, China)

Abstract: The viscosity and the melt-property temperature of TiO₂-FeO-SiO₂, TiO₂-FeO-CaO and TiO₂-FeO-MgO ternary slag were measured by the cylinder rotation method. The XRD and Raman spectroscope method were used for structural characterization. The results show that SiO₂ increases the viscosity and melt-property temperature of slag and worsens the slag fluidity, while CaO and MgO decrease the viscosity and melt-property temperature of slag, and improve the slag fluidity. Once the slag is completely molted, the viscosity is around 70-100 mPa·s, and continuing raising temperature will have no significant effect on viscosity. TiO₂ in the solidified slag is in formation of crystal type according to analysis of XRD and Raman spectroscope. The addition of CaO, MgO, SiO₂ only has a little influence on TiO₂-FeO binary Raman characteristic lines, but all these influence can lead red shift. Ca²⁺ and Mg²⁺, as network modifier, enter into the titanium oxide octahedron as a result of forming CaTiO₃ and MgTi₂O₅.

Key words: high titania slag; viscosity; Roman spectra; structural characterization

Foundation item: Project (51374262) supported by the National Natural Science Foundation of China

Received date: 2015-08-25; Accepted date: 2016-01-14

Corresponding author: L Xue-wei; Tel: +86-13658335559; E-mail: lvxuewei@cqu.edu.cn

(编辑  李艳红)

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51374262)

收稿日期：2015-08-25；修订日期：2016-01-14

通信作者：吕学伟，教授，博士；电话：13658335559；E-mail：lvxuewei@cqu.edu.cn