CN103173628B - 一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺 - Google Patents

一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺 Download PDF

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Abstract

本发明一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺，工艺步骤如下：主要成分为TiO2、SiO2、CaO、Al2O3、MgO的含钛高炉渣进行破碎并磨至180目；将渣、铝粉、CaO按照一定的质量比配料；铝热还原：在氩气保护气氛下，将管式电炉炉温升至给定温度，将混好的配料放入氧化铝坩埚，高温下放进管式电炉，保温一定时间；水冷：高温下取出，放入水中冷却；渣和合金进行机械分离。本发明是将预处理好的含钛高炉渣用铝粉进行还原，还原完成后通过水冷将渣和金属分离。最终，渣的主要成分为CaO、MgO、Al2O3；金属成分为Si和Ti，还有少量Al。本工艺流程简单，工艺参数稳定，短时间可以实现高炉渣中钛的富集提取。

Description

一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺
技术领域
本发明涉及一种冶金化工技术领域，具体为一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺。
背景技术
我国钛资源丰富，占世界第一位，但是钛资源的利用率却很低。目前，我国90%左右的钛资源是以钒钛磁铁矿的形式赋存于攀枝花地区。攀钢目前主要是采用高炉流程冶炼钒钛磁铁矿，回收了铁和钒，而钛以TiO2 形式进入高炉渣(质量分数25%左右)，由于矿相结构复杂，难以回收利用。目前已累积含钛高炉渣超过7000万吨，且仍以每年300万吨的速度增加。大量堆积的含钛高炉渣不仅占用宝贵的土地资源，更是钛资源的严重浪费。因此，如何更好地处理含钛高炉渣对于我国钛资源的综合利用具有非常重大的意义。
目前处理含钛高炉渣的主要有以下几种方法。(1)制备水泥和混凝土等建筑材料。但是文献1 (徐楚韶, 陈光碧. 矿冶工程, 1985,  3: 51-54.)报道，含TiO2高炉渣的强的结晶能力，使得生产的水泥活性较差。(2) 酸法处理。文献2 (刘晓华, 隋智通. 中国有色金属学报, 2002, 6: 1281-1284.)报道使用硫酸或盐酸浸出含钛高炉渣分离提取TiO2。但是渣中较高的杂质含量(75%左右)，使得该工艺酸耗量大，成本高，产生的废酸和尾渣多，对环境污染严重。(3) 碱法处理。文献3 (周志明, 张丙怀. 钢铁钒钛, 1999, 4: 37-40.)报道使用NaOH或Na2CO3分离提取TiO2。但是碱法处理工艺复杂，钠盐的回收成本高，高温下钠盐的挥发严重腐蚀实验设备。(4) 高温碳化低温氯化法。文献4 (黄守华, 潘竟业. 钢铁钒钛, 1994, 2: 17-21.)报道通过碳化反应使高炉渣中的TiO2转化为TiC，然后通过氯化反应使之氯化成TiCl4，作为制备海绵钛或钛白的原料。但是过程中大量生成的CaCl2和MgCl2具有沸点高、粘性强、以液相存在的特点，使得氯化设备难以长期正常运转。(5) 高温选择性结晶法。将含钛高炉渣中分散的钛富集于某一种含钛物相中(钙钛矿或黑钛石)，然后通过选矿方法实现含钛相与杂质相的分离，但是目前仍无法成功做到这一点。(6) 制备铁合金。文献5 (侯世喜, 柯昌明. 铁合金, 2007, 5: 20-23.)报道采用硅铁、文献6 (李祖树, 徐楚韶. 重庆大学学报, 1996, 4: 82-86.)报道采用硅铝铁作为还原剂在熔融状态下还原含钛高炉渣，制备硅钛、硅铝钛铁合金。但是同时需要钛、硅和铝作为合金化剂的钢种很少，限制了该法的大规模使用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺。所要解决的技术问题是，以硅铁和铝硅铁作为还原剂，最终得到硅钛铁合金而引入铁。本发明直接采用过量Al粉对含钛高炉渣直接进行还原，或添加适量的CaO作为助熔剂，在稳定的工艺参数下，得到硅钛合金和高铝渣。
本发明的技术方案为：一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺，该工艺步骤包括：
(1) 预处理：将主要成分为TiO2、SiO2、CaO、Al2O3、MgO含钛高炉渣，进行破碎并磨至180目，备用；
(2) 配料：将以上述处理得到的含钛高炉渣和铝粉为原料，以CaO为助熔剂，按渣：Al：CaO=100：25.98：(0～5)的质量比配料；
(3) 铝热还原：在氩气保护气氛下，将管式电炉炉温升至1550℃～1750℃，将经步骤2混好的配料放入氧化铝坩埚，在常压下，热放进管式电炉，保温10～30分钟；
(4) 水冷：保温结束，在1600℃下取出，直接放入水中冷却，再放入干燥箱干燥；
(5) 渣和合金分离：机械分离渣和合金，分别得到高铝渣和硅钛合金。
本发明和现有技术相比具有的有益效果在于：
(1) 本发明按照渣：Al=100:25.98的质量比配料。铝粉的含量足以还原渣中的硅和钛，得到含少量铝的硅钛合金以及高铝硅比的渣。
(2) 本发明的工艺流程简单，工艺参数稳定，在常规的电炉中，氩气保护气氛下，短时间可以反应完全，实现渣和合金的分离。
(3) 本发明采用CaO作为助剂，增大碱度，降低渣的粘度，有利于实现渣和合金的分离。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式：
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施方式一：
1）将含钛高炉渣破碎并磨至180目，混匀。
2）按渣：Al：CaO=100:25.98:0的质量比配料，称取含钛高炉渣15.875克、Al粉4.125克。
3）在氩气保护气氛下，将管式电炉炉温升至1600℃。将混好的配料放入氧化铝坩埚，热放进管式电炉，保温10分钟。
4）保温结束，在1600℃下热取，直接放入水中冷却，再放入干燥箱干燥。
5）渣和合金分离，取渣样做XRF分析成分。
实施方式二：
1）将含钛高炉渣破碎并磨至180目，混匀。
2）按渣：Al：CaO=100:25.98:2.5的质量比配料，称取含钛高炉渣15.567克、Al粉4.044克、CaO粉末0.389克。
3）在氩气保护气氛下，将管式电炉炉温升至1550℃。将混好的配料放入氧化铝坩埚，热放进管式电炉，保温20分钟。
4）保温结束，在1600℃下热取，直接放入水中冷却，再放入干燥箱干燥。
5）渣和合金分离，取渣样做XRF分析成分。
实施方式三：
1）将含钛高炉渣破碎并磨至180目，混匀。
2）按渣：Al：CaO=100:25.98:5的质量比配料，称取含钛高炉渣15.269克、Al粉3.967克、CaO粉末0.764克。
3）在氩气保护气氛下，将管式电炉炉温升至1750℃。将混好的配料放入氧化铝坩埚，热放进管式电炉，保温30分钟。
4）保温结束，在1600℃下热取，直接放入水中冷却，再放入干燥箱干燥。
5）渣和合金分离，取渣样做XRF分析成分。
表1为本发明3个实施例的XRF成分分析结果。
  Al2O3 CaO MgO SiO2 TiO2
原始含钛高炉渣 15.35 26.46 9.40 26.76 22.03
渣：Al：CaO=100:25.98:0 50.32 28.23 8.08 8.53 4.84
渣：Al：CaO=100:25.98:2.5 52.33 31.49 8.00 5.62 2.57
渣：Al：CaO=100:25.98:5 52.61 32.89 7.61 4.93 1.96
表1

Claims (3)

1.一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺，其特征在于，该工艺步骤包括：
（1）将含钛高炉渣破碎并磨至180目，混匀；
（2）按渣：Al：CaO=100:25.98:0的质量比配料，称取含钛高炉渣15.875克、Al粉4.125克；
（3）在氩气保护气氛下，将管式电炉炉温升至1600℃；
将混好的配料放入氧化铝坩埚，热放进管式电炉，保温10分钟；
（4）保温结束，在1600℃下热取，直接放入水中冷却，再放入干燥箱干燥；
(5) 渣和合金分离：机械分离渣和合金，分别得到高铝渣和硅钛合金。
2.一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺，其特征在于，该工艺步骤包括：
（1）将含钛高炉渣破碎并磨至180目，混匀；
（2）按渣：Al：CaO=100:25.98:2.5的质量比配料，称取含钛高炉渣15.567克、Al粉4.044克、CaO粉末0.389克；
（3）在氩气保护气氛下，将管式电炉炉温升至1550℃；
将混好的配料放入氧化铝坩埚，热放进管式电炉，保温20分钟；
（4）保温结束，在1600℃下热取，直接放入水中冷却，再放入干燥箱干燥；
(5) 渣和合金分离：机械分离渣和合金，分别得到高铝渣和硅钛合金。
3.一种含钛高炉渣铝热法提钛工艺，其特征在于，该工艺步骤包括：
 （1）将含钛高炉渣破碎并磨至180目，混匀；
（2）按渣：Al：CaO=100:25.98:5的质量比配料，称取含钛高炉渣15.269克、Al粉3.967克、CaO粉末0.764克；
（3）在氩气保护气氛下，将管式电炉炉温升至1750℃；
将混好的配料放入氧化铝坩埚，热放进管式电炉，保温30分钟；
（4）保温结束，在1600℃下热取，直接放入水中冷却，再放入干燥箱干燥；
（5）渣和合金分离：机械分离渣和合金，分别得到高铝渣和硅钛合金。
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