CN105256152B - 快速还原熔炼含钛炉渣的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钛金属冶炼领域，具体涉及快速还原熔炼含钛炉渣的方法。本发明要解决的技术问题是现有还原含钛炉渣方法的熔化升温时间长，还原剂加料用时长，还原剂与熔渣混合不均匀，冶炼周期长，钛氧化物转化为碳化钛的转化率低，电耗高。本发明解决上述技术问题的方案是提供一种快速还原熔炼含钛炉渣的方法，包括以下步骤：a、将还原剂与刚出炉的热含钛炉渣混合后一起加入到还原炉中，在1500℃～1650℃预还原；b、预还原后，将温度升至1600℃～1750℃，补加还原剂进一步高温还原熔炼；c、熔炼结束后，停止加热，出渣，得到碳化钛炉渣。本发明提供的方法，整个过程热量损失小，还原反应快，时间短、能耗低。

Description

快速还原熔炼含钛炉渣的方法
技术领域
本发明属于钛金属冶炼领域，具体涉及快速还原熔炼含钛炉渣的方法。
背景技术
钛是一种重量轻，强度高，具有金属光泽，抗腐蚀能力强的稀有金属。在采用钒钛磁铁矿冶金的过程中，会产生一些含钛的冶金炉渣，比如含钛高炉渣、直接还原炉渣等，这些炉渣中的钛(以TiO2计)通常在15％～35％左右。由于钛含量较高，这些炉渣通常不适宜用来制备建材、水泥等，为避免堆放造成环境污染及资源浪费，必须对这些炉渣加以回收利用。
对这些炉渣中钛资源的回收利用，一是用酸处理制备钛白，但由于杂质含量高，耗酸量大且制备的产品质量达不到高的要求；另一种处理方法是采用氯化的方法制备四氯化钛，再转化为钛白等产品，但氯化温度过高，杂质元素参与反应会堵塞氯化炉。一种大规模回收这些炉渣中钛的方法，就是高温熔融还原，将其中的钛转化为碳化钛，使TiC含量达到10％～25％，其余为钙、硅、镁、铝等硅酸盐的碳化钛炉渣。
现有的还原这些含钛炉渣的方法通常是将冷态或热态的含钛炉渣装入电炉或矿热炉中，升温加热至一定温度后，再加入还原剂，通过反应将炉渣中的二氧化钛还原为碳化钛。存在熔化升温时间长，还原剂加料用时长，还原剂与熔渣混合不均匀，冶炼周期长，钛氧化物转化为碳化钛的转化率低，电耗高等缺点，造成整个工艺的经济性大打折扣，产业化前景微弱。
然而，由于含钛炉渣本身是一种冶金副产品，综合利用难度大，要将其转化为高附加值的富钛原料或产品，必须考虑的就是转化工艺的经济性与规模性。即需要开发的是一条简单的、低成本的处理路线，资源化利用的同时，还必须具备一定的经济性与规模性，才能实现产业化，走持续发展的道路，若转化工艺不具备经济性及规模性，则不能大规模的实现废渣的综合利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有还原含钛炉渣方法的熔化升温时间长，还原剂加料用时长，还原剂与熔渣混合不均匀，冶炼周期长，钛氧化物转化为碳化钛的转化率低，电耗高。
本发明解决上述技术问题的方案是提供一种快速还原熔炼含钛炉渣的方法，包括以下步骤：
a、将还原剂与刚出炉的热含钛炉渣混合后一起加入到还原炉中，在1500℃～1650℃预还原；
b、预还原后，将温度升至1600℃～1750℃，补加还原剂进一步高温还原熔炼；
c、熔炼结束后，停止加热，出渣，得到碳化钛炉渣。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤a所述反应的时间为3～6分钟/吨含钛炉渣。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤a和b所述的还原剂为石墨、增碳剂、烟煤、无烟煤或焦炭中的任意一种。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤a所述还原剂的加入量为含钛炉渣质量的4％～15％。所述还原剂的粒度1～10mm；优选为1～5mm。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤b所述还原剂的加入量为含钛炉渣质量的5％～25％。所述还原剂的粒度小于3mm；优选为0.2～1mm。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤b所述补加还原剂的方式为：将还原剂喷吹到还原炉内。所述的喷吹为底吹、侧吹或顶吹。所述喷吹的速度为10kg/min～85kg/min；优选的，所述喷吹的速度为25kg/min～55kg/min。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤b所述进一步高温还原熔炼的时间为5～8分钟/吨含钛炉渣。
本发明提供的快速还原熔炼含钛炉渣的方法，直接热装含钛炉渣，最大限度的利用了炉渣的显热，节约了转化电耗。本发明创造性地采用不同的还原剂加入方式，前期与热渣一起预加入部分还原剂，可达到快速升温，提早反应的目的；后期采用喷射冶金的原理，将还原剂喷吹入高温炉渣中，可增加液固接触面积，加快反应进程，有效改善了还原熔炼的动力学过程。同时，本发明还创造性地采用不同粒度的还原剂，前期采用粗颗粒还原剂，保证还原剂能够均匀的混合于熔渣中，而不是漂浮在表面；后期采用粉状还原剂，保证了喷吹的均匀性与反应的快速性。本发明提供的方法，整个过程热量损失小，还原反应快，时间短、能耗低。利用本发明的方法处理含钛炉渣，既能提高产能，还能降低成本，是一条流程简单、可兼顾经济性与规模化的综合利用冶金含钛炉渣，提高其附加值的有效途径。
具体实施方式
快速还原熔炼含钛炉渣的方法，包括以下步骤：
a、将还原剂与刚出炉的热含钛炉渣混合后一起加入到还原炉中，在1500℃～1650℃预还原；
b、预还原后，将温度升至1600℃～1750℃，补加还原剂进一步高温还原熔炼；
c、熔炼结束后，停止加热，出渣，得到碳化钛炉渣。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤a所述反应的时间为3～6分钟/吨含钛炉渣。具体也可结合炉矿判断，通常炉内液面高度不再上涨，烟气CO浓度下降并趋于平稳时，可进入下一步骤。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤a和b所述的还原剂为石墨、增碳剂、烟煤、无烟煤或焦炭中的任意一种。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤a所述还原剂的加入量为含钛炉渣质量的4％～15％。所述还原剂的粒度1～10mm；优选为1～5mm。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤b所述还原剂的加入量为含钛炉渣质量的5％～25％。所述还原剂的粒度小于3mm；优选为0.2～1mm。
因为含钛炉渣所含二氧化钛的量不同，采用的还原剂的固定碳含量不同，所以还原剂的加入量是根据炉渣中二氧化钛的量及固定碳的含量计算出来的，通常为能够还原含钛炉渣中二氧化钛的理论配碳量的120％。步骤a所述还原剂的加入量为足够还原炉渣中二氧化钛的还原剂总量的30～40％。步骤b所述还原剂的加入量为足够还原炉渣中二氧化钛的还原剂总量的60～70％。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤b所述补加还原剂的方式为：将还原剂喷吹到还原炉内。所述的喷吹为底吹、侧吹或顶吹。所述喷吹的速度为10kg/min～85kg/min；优选的，所述喷吹的速度为25kg/min～55kg/min。
上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤b所述进一步高温还原熔炼的时间为5～8分钟/吨含钛炉渣。具体可结合炉矿判定，若炉内反应趋于平稳，不再有气体放出，液面有下降趋势则可视为到达反应终点。
实施例1
本实施例处理的含钛炉渣15t，TiO2含量24％，其余为硅、钙、镁、铝的氧化物。
在该种含钛炉渣的出渣口后对接一个容量30吨的电炉，出渣口流出的熔融态的含钛炉渣经过渣沟流入到电炉中。在渣沟上方靠近含钛炉渣出渣口位置有一均匀布料器，当含钛炉渣流入渣沟时，打开布料器，将粒度1～10mm的无烟煤1.1t加入到流动的炉渣中，一起加入还原电炉。送电升温，还原温度1500℃～1630℃，还原60分钟后，开始喷吹粒度小于1mm的无烟煤粉1.65t。采用侧吹的方式连续喷吹，喷嘴设置在电炉炉壁上，两组喷口对称分布，喷吹载气为Ar2，喷吹速度30～33kg/min。控制喷吹及后期反应时间100分钟，即视为到达反应终点，出渣。
还原后，含钛炉渣中二氧化钛转化为碳化钛的转化率达到86％，转化后的碳化钛炉渣中含碳化钛15.5％。
进一步冷却、破碎后，碳化钛可在低温条件下与氯气反应生成四氯化钛，剩余的硅酸盐则可留作建材尾渣。
实施例2
本实施例处理的含钛炉渣25t，渣中TiO2含量33％，其余为硅、钙、镁、铝的氧化物。
在该种炉渣的出渣口后对接一个12500KVA的矿热炉，热的熔融炉渣经过旋转溜槽加入到矿热炉中。在旋转溜槽入口处布置一还原剂料仓，当含钛炉渣流入溜槽时，打开料仓阀门，通过加料管将粒度1～6mm的焦丁2.1t加入热渣中，伴随热渣混合流入到矿热炉中。送电升温，还原温度1550℃～1620℃，控制含钛炉渣加热150分钟，炉渣液面不再上涨，且烟气CO浓度稳定后开始喷吹粒度小于2mm的焦粉3.2t。采用底吹的方式连续喷吹，矿热炉底部砌筑有透气耐火砖，喷嘴设置在耐火砖里面，喷吹载气为N2，喷吹速度36～41kg/min。控制喷吹及后期反应时间190分钟，炉内趋于平稳，液面开始下降即视为到达反应终点，出渣。
还原后，含钛炉渣中二氧化钛转化为碳化钛的转化率达到90.4％，转化后的碳化钛炉渣含碳化钛22.4％。
进一步冷却、破碎、磁选后，精矿中碳化钛含量可达到47％，可作为高级耐火材料或陶瓷材料使用。
实施例3
本实施例处理的含钛炉渣5t，其TiO2含量15％，其余为硅、钙、镁、铝的氧化物。
在还原炉中通过旋转溜槽预先加入360kg的烟煤作为还原剂，其粒度3～8mm。将刚出炉的含钛炉渣经钢包或渣罐转移到还原炉中，送电升温，还原温度1550℃～1650℃，控制含钛炉渣加热15分钟，开始喷吹粒度0.5～1.5mm的炼钢增碳剂900kg。采用顶吹的方式连续喷吹，喷枪设置在炉盖上，喷吹载气为Ar2，喷吹速度45～50kg/min，控制喷吹及后期反应时间30分钟，停电出渣。
还原后，含钛炉渣中二氧化钛转化为碳化钛的转化率达到94.7％，转化后的碳化钛炉渣含碳化钛10.7％。
进一步冷却、破碎后，即可做为低温氯化制备四氯化钛的原料使用。
为了尽可能的提取含钛炉渣中的钛，二氧化钛转化为碳化钛的转化率至少控制在85％以上。原有的处理方式，每吨含钛炉渣至少要冶炼16～22分钟，吨渣反应电耗需大于1400kWh，才能达到此转化率。而采用本发明提供的方法后，每吨含钛炉渣的冶炼时间可缩短至8～14分钟，吨渣反应电耗只需800～1000kWh，就能达到超过87％以上的转化率。
采用原有的工艺，一台30吨的电炉，每天最多处理含钛炉渣70～80吨。而采用本发明提供的方法，一台30吨的电炉每天可处理含钛炉渣100～150吨，每天产量可提高1.5倍以上。最主要的是缩短了冶炼时间，节约了冶炼电耗，使得含钛炉渣的处理成本大大降低，具备了经济性和规模性，可走产业化发展之路。

Claims (8)

1.快速还原熔炼含钛炉渣的方法，包括以下步骤：
a、将还原剂与刚出炉的热含钛炉渣混合后一起加入到还原炉中，在1500℃～1650℃预还原反应；所述还原剂的粒度1～10mm；
b、预还原后，将温度升至1600℃～1750℃，补加还原剂进一步高温还原熔炼；所述还原剂的粒度为0.2～1mm；所述补加还原剂的方式为：将还原剂喷吹到还原炉内；
c、熔炼结束后，停止加热，出渣，得到碳化钛炉渣。
2.根据权利要求1所述的快速还原熔炼含钛炉渣的方法，其特征在于：步骤a所述反应的时间为3～6分钟/吨含钛炉渣。
3.根据权利要求1所述的快速还原熔炼含钛炉渣的方法，其特征在于：步骤a和b所述的还原剂为石墨、烟煤、无烟煤或焦炭中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的快速还原熔炼含钛炉渣的方法，其特征在于：步骤a所述还原剂的加入量为含钛炉渣质量的4％～15％。
5.根据权利要求4所述的快速还原熔炼含钛炉渣的方法，其特征在于：步骤a所述还原剂的粒度为1～5mm。
6.根据权利要求1所述的快速还原熔炼含钛炉渣的方法，其特征在于：步骤b所述还原剂的加入量为含钛炉渣质量的5％～25％。
7.根据权利要求1所述的快速还原熔炼含钛炉渣的方法，其特征在于：所述的喷吹为底吹、侧吹或顶吹；所述喷吹的速度为10kg/min～85kg/min。
8.根据权利要求1所述的快速还原熔炼含钛炉渣的方法，其特征在于：步骤b所述进一步高温还原熔炼的时间为5～8分钟/吨含钛炉渣。
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