CN101113495A

CN101113495A - 从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法

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Publication number: CN101113495A
Application number: CNA2006100214684A
Authority: CN
Inventors: 张荣禄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: CN100510127C

Abstract

本发明公开了一种从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，通过该方法生产钢、精TiCl₄和V₂O₅，具有工艺流程简捷合理、能源消耗低、铁钛钒收率高和三废少的优点。该方法包括如下步骤：炼铁，采用高炉或者电炉炼铁，生产含钒铬铁水和附产含钒富钛渣，钒还原入铁率为60～78％；单渣炼钢，含钒铬铁水在转炉中吹氧单渣直接炼钢，附产含钒铬钢渣；电炉熔融选择还原碳化，生产碳化率为80～95％的碳化钛钒铬渣；碳化钛钒铬渣流化床低温选择氯化，制取含钒TiCl₄和附产含CrCl₃的氯化残渣；钒钛分离，用环烯烃或者环烷酸直接还原溶于TiCl₄中VOCl₃，生成不溶于TiCl₄的VOCl₂，而精制TiCl₄并附产富钒TiCl₄泥浆；从富钒TiCl₄泥浆中提取V₂O₅。

Description

从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法

技术领域

本发明涉及一种多金属矿物的处理方法，特别适合于从高钛型钒铁精矿和类似矿物中分离铁钛钒的方法。

背景技术

高钛型钒铁精矿是一种含有铁、钛、钒和铬的多金属矿产品。对该矿产品的开发利用，国内工业规模生产的工艺是：普通高炉冶炼生产含钒铬铁水附产TiO₂ 22-24％的含钒富钛渣。含钒铬铁水采用转炉氧气吹炼钒铬渣--半钢转炉炼钢，从含钒铬铁水到商品钒铬渣钒的收率为70％，钒铬渣成分为：V₂O₅ 18.7％、TFe 35.0％、Cr₂O₃ 1.0％、CaO 0.7％，标准钒铬渣(含V₂O₅ 10％)的生产费用为1.5吨生铁价值/t·标准钒铬渣。这种钒铬渣氧化钠化焙烧水法提钒，钒铬渣的费用占V₂O₅生产成本的75％，从钒铁精矿至产品V₂O₅，钒的实收率仅为50％，提钒产生的废渣废水数量大，难于处理。附产的含钒富钛渣仅替代砂石料使用，渣中的钛和钒未得到回收利用。

南非海维尔德钢钒公司和新西兰钢铁公司则采用回转窑预还原----金属化料电炉再还原生产含钒铬铁水附产TiO₂ 32％的含钒富钛渣。含钒铬铁水南非采用摇包法吹炼钒铬渣，新西兰采用铁水包加盖吹炼钒铬渣，半钢均采用转炉炼钢。从钒铁精矿到V₂O₅产品，钒的实收率突破50％。含钒铬铁水无论采用什么方法吹炼钒铬渣----半钢炼钢均存在使铁水炼钢过程复杂化，设备投资额度增加，炼钢综合能耗高，铁钢比增加、钒铬渣生产费用高、钒的实收率低等问题。从提钒尾液中提取铬流程长、化学试剂用量大。

在专利号为CN87107488.5的发明专利申请公开说明书中公开了一种含钛高炉渣制取四氯化钛的方法，该方法的扩大试验虽已成功，但还存在碳化钛钒铬渣低温氯化工业流化床启动和氯化作业床层温度控制、含钒TiCl₄精制和钒回收难等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，通过该方法生产钢、精TiCl₄和V₂O₅，具有工艺流程简捷合理、能源消耗低、铁钛钒收率高和三废少的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，包括如下步骤：

①炼铁，采用高炉或者电炉炼铁，生产含钒铬铁水和附产含钒富钛渣，冶炼过程中加入CaO脱硫调渣，使钒适度还原，钒还原入铁率为60～78％；

②单渣炼钢，含钒铬铁水在转炉中吹氧单渣直接炼钢，附产含钒铬钢渣，控制铁水比钢渣等于1000∶70～90；

③电炉熔融选择还原碳化，将加入碳粉的含钒铬钢渣与含钒富钛渣在电炉中熔融选择还原碳化，生产碳化率为80～95％的碳化钛钒铬渣，控制还原碳化温度为1450～1750℃；

④碳化钛钒铬渣流化床低温选择氯化，制取含钒TiCl₄和附产含CrCl₃的氯化残渣；

⑤钒钛分离，用环烯烃或者环烷酸直接还原溶于TiCl₄中的VOCl₃，生成不溶于TiCl₄的VOCl₂，实现钒钛分离，从而精制TiCl₄并附产富钒TiCl₄泥浆；

⑥从富钒TiCl₄泥浆中提取V₂O₅。

本发明的有益效果是，以往废弃的钛以钛工业最重要的中间产品TiCl₄得以回收，其实收率达80％左右，生产成本与高品位富钛料生产的TiCl₄相当；V₂O₅的生产成本约为含钒铬铁水吹炼钒渣水法提钒的50％，而钒的实收率提高约30％；含钒铬铁水转炉吹氧单渣炼钢与含钒铬铁水转炉吹炼钒渣——半钢炼钢相比，生产效率提高近一倍，铁钢比和综合能耗均有所下降，铁损由原来的7％下降到4％；分离提取铁钒钛生产过程产生三废的种类和数量都少，且易于处理，社会效益好。

附图说明

图1是本发明从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，包括如下步骤：

①炼铁，采用高炉或者电炉炼铁，生产含钒铬铁水和附产含钒富钛渣，冶炼过程中加入CaO脱硫调渣，使钒适度还原，钒还原入铁率为60～78％。

高炉或者电炉炼铁附产含钒富钛渣时，加入CaO脱除铁水中的硫和调整炉渣成份，以利改善铁水质量和渣铁分离，控制钒还原入铁率在60～78％(宜优选为65～75％)，这样既可确保氧化铁得到充分还原，提高金属回收率和铁水的含碳量，又不因钒过度还原而增加炼铁能耗，设备的生产能力也得到充分的发挥。炼铁过程中，炉渣碱度控制在0.6＜〔(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)〕≤1。

含钒富钛渣中含TiO₂ 18～45％。

②单渣炼钢，含钒铬铁水在转炉中吹氧单渣直接炼钢，附产含钒铬钢渣，控制铁水比钢渣等于1000∶70～90(宜优选1000∶75～85)。铁水中的钒铬元素被氧化富集于钢渣之中，是为含钒铬钢渣。与目前所采用的“含钒铬铁水转炉吹炼钒渣——半钢炼钢”方法相比，生产效率提高近一倍，铁钢比和综合能耗均有所下降，铁损由原来的7％下降到4％。

③电炉熔融选择还原碳化，将加入碳粉的含钒铬钢渣与含钒富钛渣在电炉中熔融选择还原碳化，生产碳化率为80～95％的碳化钛钒铬渣，控制还原碳化温度为1450～1750℃(优选为1500～1650℃)。

先确定含钒富钛渣质量∶含钒铬钢渣质量∶碳粉质量＝800∶(0～170)∶还原含钒富钛渣和含钒铬钢渣中铁钛钒铬氧化物所需碳粉质量的比例，将一定数量的含钒铬钢渣与与碳粉(-100目占80％的无烟煤粉或焦粉)按上述原则确定的比例混合，压制成20～30mm的钢渣碳粉球烘干，含钒富钛渣与钢渣碳粉球也按上述原则确定的比例，在电炉中熔融选择还原碳化生产碳化碳化钛钒铬渣。

④碳化钛钒铬渣流化床低温选择氯化，制取含钒TiCl₄和附产含CrCl₃的氯化残渣。

碳化钛钒铬渣中的TiC、V₂C、Cr₄C(Cr)和Fe与氯气的反应均为强烈放热反应，且氯化反应一经开始就相当迅速的猛烈。经计算〔TiC+V₂C+Cr₄C(Cr)+1/2Fe〕的质量百分数为14％的碳化钛钒铬渣在绝热条件下氯化所放出的热量足以将反应物料和产物加热到1650℃以上。此温度远高于碳化钛钒铬渣中含氧化钙及氧化镁矿物大量氯化和氯化生成的CaCl₂、MgCl₂熔化的温度，大量生成和熔化的CaCl₂、MgCl₂会使床内物料颗粒粘连或粘结失去流动而死床。

为实现碳化钛钒铬渣流化床选择氯化TiC、V₂C、Cr₄C(Cr)生产含钒TiCl₄和附产含CrCl₃的氯化残渣的氯化作业工艺顺行，流化床氯化作业期间采取连续加料连续排渣(可短时间断)，挥发处理粗TiCl₄生产过程产生的TiCl₄泥浆，在床层浓相区设置高镍不锈钢水(汽)冷却器移出多余的反应热，将床层浓相区温度控制在低于碳化钛钒铬渣中含氧化钙及氧化镁矿物大量氯化和氯化生成的CaCl₂、MgCl₂熔化的温度，以及高于TiC、V₂C、Cr₄C(Cr)起始氯化的温度范围内，即400～600℃(可优选为450～550℃)的范围内，确保氯化作业期间床内物料具有良好的流化性能，使工艺顺行，TiC、V₂C、Cr₄C(Cr)得以充分地被氯化，而含氧化钙和氧化镁的矿物很少被氯化。

在床层浓相区设置的高镍不锈钢水(汽)冷却器的换热面积用下式计算：

F_换＝αq₁F_床/86.4K_水Δt_平均

式中：

F_换----高镍不锈钢水(汽)冷却器的换热面积，m²；

α----流化床的单位面积产能，t·TiCl₄/〔m²·d〕；

q₁----浓相区规定温度及其他条件下生产一吨含钒TiCl₄，需高镍不锈钢冷却器移出床外的热量，Kj/t·TiCl₄；

F_床----流化床气体分布板处截面积，m²；

Δt_平均--流化床浓相区与水冷却介质的平均温度，℃；

K_水----流化床浓相区对水冷却介质的传热系数，Kj/〔m²·℃〕。

Δt_平均＝〔t_出-t_进〕/2.3lg〔(t_层-t_进)/(t_层-t_出)〕

式中：t_出----高镍不锈钢水(汽)冷却器出口处水的温度，℃；

t_进----高镍不锈钢水(汽)冷却器进口处水的温度，℃；

t_层----流化床浓相区床层温度，℃。

碳化钛钒铬渣流化床选择氯化TiC、V₂C、Cr₄C(Cr)流化床启动时，启动气速须等于或者大于正常氯化作业时的操作气速，而床层浓相区高度只有正常氯化作业时的1/5～1/3，设置于床层浓相区的水(汽)冷却器移出床外的热量也只及正常氯化作业时1/5～1/3。若不降低启动料单位质量氯化时的发热量和增加其热容量，或者降低启动气中氯气的百分摩尔浓度减少启动时氯化反应产生的总发热量，流化床启动时床层温度会急速升高，达到和超过含氧化钙及氧化镁矿物大量氯化和生成的CaCl₂、MgCl₂熔化的温度，熔化的CaCl₂和MgCl₂会使床内物料粘连或粘结而死床。

为实现碳化钛钒铬渣流化床选择氯化TiC、V₂C、Cr₄C(Cr)流化床启动期间不死床，采用在正常氯化作业时使用的碳化钛钒铬渣中添加软熔点＞700℃的难氯化物(例如石英砂、Al₂O₃颗粒等)，将碳化钛钒铬渣中〔TiC+V₂C+Cr₄C(Cr)+1/2Fe〕质量之和稀释至1～7％(最好稀释到3～5％)作为流化床启动时的启动料，用正常氯化作业时使用的氯气作启动气体启动流化床。或者添加干空气、氮气及其他隋性气体，将正常氯化作业时使用的氯气稀释至百分摩尔浓度为20～50％(可优选为30～40％)的低浓度氯气，作为流化床启动时的启动气体，正常氯化作业使用的碳化钛钒铬渣作启动料启动流化床。启动料在流化床内的预热温度为180～450℃(可优选为250～300℃)，流化床启动时床层浓相区高度为正常氯化作时的1/5～1/3。以确保流化床启动时床层浓相区温度不接近或不超过含氧化钙及氧化镁矿物大量氯化和生成的CaCl₂ MgCl₂不熔化的温度，而又较多地高于TiC、V₂C、Cr₄C(Cr)起始氯化的温度，使流化床启动成功进而转入正常的氯化作业。

⑤钒钛分离，用环烯烃或者环烷酸直接还原溶于TiCl₄中的VOCl₃，生成不溶于TiCl₄的VOCl₂，实现钒钛分离，从而精制TiCl₄并附产富钒TiCl₄泥浆。

将被精制的含钒TiCl₄放入反应釜内，在常温常压和搅拌条件下，缓慢地加入计算量的环烯烃或者环烷酸，其后将混合物加热到70-137℃不同的温度和时间水平进行钒钛分离反应1.5～2.5小时，终止反应的混合物经沉降，上清液经简单蒸馏生产出含V＜0.0007％，符合氯化法钛白生产所需质量的精TiCl₄，釜底液和沉降槽底流，是为富钒TiCl₄泥浆，环烯烃或者环烷酸的加入量为含钒TiCl₄中VOCl₃质量百分数的0.15～0.30倍。所述环烯烃宜优选采用优质松节油及其分馏产物，所述环烷酸宜优选采用含2～3个五碳环的环烷酸。

⑥从富钒TiCl₄泥浆中提取V₂O₅。

将常温或者加热到小于150℃(优选值136℃)的富钒TiCl₄泥浆均匀地喷撒于床型为园、锥复合体的外热式隋性粒子流化床内，以氮气为初始流化介质，床温在170-290℃(可优选为200-250℃)的条件下干燥除去TiCl₄。所述床型为园、锥复合体是指：1/2≥(R_小/R_大)≥1/4，R_小为流化床截面最小处半径，R_大为流化床截面最大处半径。

按溶出液中TiO₂的质量浓度为150～200克/升计算，用0.5～1M的稀盐酸溶解富钒干渣中的VOCl₂和TiCl₃，滤清液用氯酸钠将Ti⁺³97％以上氧化为Ti⁺⁴，用加晶种水解法沉出偏钛酸。滤除偏钛酸的液体用氯酸钠将Ti⁺³全部氧化为Ti⁺⁴，用NaOH溶液调pH至零附近，将钛全部以偏钛酸形式沉淀析出；或者滤清液直接用NaOH溶液调pH至零附近将Ti⁺³以Ti(OH)₃全部沉淀滤除，经净化的钒溶液用公知的水法提钒方法制备六聚钒酸铵进而生产V₂O₅。

所述步骤④附产的含CrCl₃的氯化残渣可用于提取Cr₂O₃，是否提取视氯化残渣中CrCl₃的含量决定。当氯化残渣中CrCl₃的含量大于0.5％时，可用盐酸浓度为0～0.5M、含微量CrCl₂、质量为氯化残渣25-45％的溶液，二次浸沥溶出氯化残渣中的CrCl₃，第一次浸沥滤液用石灰乳调pH值至8.5～9.5，沉出含Mg(OH)₂的Cr(OH)₃沉淀，滤出的沉淀用NaOH溶液溶解Cr(OH)₃使其以CrO₂ ^-1转入溶液，含CrO₂ ^-1的碱性滤清液用来制取Cr₂O₃，第二次浸沥液用作下一批次氯化残渣首次浸沥CrCl₃之用。该方法从氯化残渣中提取Cr₂O₃流程短，使用的主要试剂石灰乳价格便宜，NaOH的用量少，Cr₂O₃的收率高、生产成本低。

实施例1：

高钛型钒铁精矿(成分为：TFe51.74％、FeO 29.65％、Fe₂O₃ 50.65％、V₂O₅ 0.56％、TiO₂ 14.02％、Cr₂O₃ 0.45％、SiO₂ 4.77％、Al₂O₃ 33.5％、CaO 1.79％、MgO4.23％)经预还原热装电炉加CaO补碳熔炼，控制钒还原入铁率68％为熔炼终点。产出的铁水成分为：C2.51％、V0.49％、Cr0.50％、Ti0.15％、Si0.16％、S0.06％。含钒富钛渣的成分为TiO₂ 40％、V₂O₅ 0.35％、Cr₂O₃ 0.25％、CaO 13.60％、MgO 12.01％、SiO₂ 17.06％、Al₂O₃ 13.43％、FeO 1.23％。出铁率和产渣率分别为：500kg Fe/t·精矿，350kg含钒富钛渣/t·精矿。含钒铬铁水作为炼钢附产含钒铬钢渣的原料，含钒富钛渣作为生产碳化钛钒铬渣的原料。

含钒铬铁水转炉吹氧单渣直接炼钢：

含钒铬铁水转炉吹氧单渣炼钢，控制铁水比钢渣＝1000∶80，炼出合格牌号钢水，含钒铬钢渣成分为：MFe 2.00％、FeO 10.50％、V₂O₅ 10.57％、Cr₂O₃ 9.43％、SiO₂ 5.70％、CaO 46.80％、MgO 2.55％、TiO₂ 3.05％。含钒铬钢渣作为后续生产碳化钛钒铬渣的原料。

含钒铬钢渣同含钒富钛渣电炉熔融还原碳化生产碳化钛钒铬渣：

使用的还原碳化剂为无烟煤粉(-100目占80％)，其成分为：固定碳78％、灰分11.0％、挥发分11.0％。按含钒富钛渣比含钒铬钢渣比无烟煤粉＝800∶90∶200的比例，将一定数量的含钒铬钢渣和无烟煤粉混匀压制成钢渣碳粉球烘干，将一定数量的液态含钒富钛渣装入碳化电炉，按含钒富钛渣比钢渣碳粉球＝800∶290的比例加入钢渣碳粉球，在1500～1650℃的温度下还原碳化生产碳化钛钒铬渣。TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃的还原碳化率为90％时，碳化钛钒铬渣的成分为：TiC 24.96％、TiO₂ 3.98％、V₂C 0.88％、V₂O₅ 0.15％、Cr₄C 0.80％、Cr₂O₃ 0.12％、MFe 3.27％、CaO 17.80％、MgO 12.01％、SiO₂ 18.07％、Al₂O₃ 16.07％、C 3.05％。碳化钛钒铬渣作为低温氯化制取含钒TiCl₄附产含CrCl₃的氯化残渣的原料。

碳化钛钒铬渣流化床低温选择氯化床层温度控制：

以碳化钛钒铬渣为制取含钒TiCl₄原料，以连续加料连续排渣方式在2000mm的流化床内氯化，使用氯气的百分摩尔浓度为80％，流化床的单位面积产能为25t粗TiCl₄/m².d，挥发处理流化床产能10％的TiCl₄泥浆，流化床外壁散热损失为床内氯化反应放出总热量的3.5％，浓相区床层温度控制在500±50℃，安装于床层浓相区的高镍不锈钢水(汽)冷却器进口水温为20℃、出口水温为60℃时，水(汽)冷却器的总传热面积约为37m²。换算成外径为0.06m、长度为2m的高镍不锈钢套管式水冷却器，则需在床层浓相区设置98根上述套管式水冷却器。

低温选择氯化连续作业生产的粗TiCl₄含VOCl₃ 3.03％、Cl₂ 0.21％、FeCl₃ 0.02％，氯化残渣含CrCl₃ 3.02％。分别作为精制TiCl₄和提取V₂O₅、Cr₂O₃的原料。

碳化钛钒铬渣低温选择氯化流化床的启动：

用石英砂将上述碳化钛钒铬渣中〔TiC+V₂C+Cr₄C(Cr)+1/2Fe〕的质量浓度稀释至3.5％，作为流化床启动时的启动料，启动料层高度为正常氯化作业的1/4，启动料预热到250℃后，通入正常氯化作业使用的氯气启动流化床，同时启用在床层内的水冷却器。通氯启动后等浓相区床层温度降至450℃时，开动加料机加入正常氯化作业使用的碳化钒钛铬渣，加料使浓相区床层温度提升至550℃时停止加料，如此重复操作使床层高度达到设计水平，即可转入正常氯化作业。

含钒TiCl₄钛钒分离精制TiCl₄：

用优质松节油实施上述含钒TiCl₄钛钒分离精制TiCl₄。优质松节油的加入量为含钒TiCl₄质量的0.60％，或者为含钒TiCl₄中VOCl₃质量百分数的0.20倍。将被精制的含钒TiCl₄放入反应釜内，在常温常压和搅拌条件下，将计算量的优质松节油缓慢地加入含钒TiCl₄中，其后将混合物加热到70-137℃不同的温度水平和时间进行钒钛分离和精制反应1.8小时。终止反应的混合物经沉降，上清液经简单蒸馏得含V＜0.0007％的精TiCl₄产品，从精矿到精TiCl₄钛的回收率达80％。釜底液和沉降槽底流是为富钒TiCl₄泥浆，作为提取V₂O₅的原料。

富钒TiCl₄泥浆提取V₂O₅：

将富钒TiCl₄泥浆定量均匀地喷于床层温度为250℃的外热式隋性粒子流化床浓相层内进行干燥，干燥产生的混合气体排出流化床后经除尘、冷凝回收TiCl₄，回收的TiCl₄并入钒钛分离反应后的上清液蒸馏生产精TiCl₄，除尘并入从流化床溢流管排出的富钒干渣作提取V₂O₅原料。富钒干渣成分为V 16.10％、Ti 15.32％、C 8.01％。

按溶出液中TiO₂的质量浓度为160克/升计算，用0.5M稀盐酸用量，溶解出富钒渣中的VOCl₂和TiCl₃，滤除碳粉和其他杂物的清液加入氯酸钠溶液将Ti⁺³氧化至3克/升，然后加晶种水解沉出偏钛酸，滤除偏钛酸的液体再次加入氯酸钠溶液将Ti⁺³全部氧化为Ti⁺⁴，用NaOH溶液调pH至零时，使钛全部沉淀出来；或者滤除碳粉和其他杂物的清液直接用作NaOH溶液调PH至零附近将Ti⁺³以Ti(OH)₃全部沉出，滤除沉淀的富钒净化液，按现有技术制备六聚钒酸铵进而生产V₂O₅。提钒尾液加石灰乳回收残钒后蒸氨沉钙，沉钙余液送氯碱车间配制电解液。从精矿到V₂O₅产品钒的回收率为80％。

从氯化残渣中提取Cr₂O₃：

用氯化残渣质量35％含微量CrCl₂、浓度为0.5M的稀盐酸两次浸沥氯化残渣溶出CrCl₃。第一次浸沥清液用石灰乳调pH至9，沉出含Mg(OH)₂等杂质的Cr(OH)₃沉淀，滤出的沉淀用NaOH溶液溶解Cr(OH)₃使其以CrO₂ ^-1转入溶液，含CrO₂ ^-1的滤清液用公知的方法制取Cr₂O₃产品，第二次浸沥用作下一批次氯化残渣首次浸沥Cr₂Cl₃之用，Cr₂O₃的收率为60％。

实施例2：

高钛型钒铁精矿(成分为：TFe 62.0％、FeO 30.6％、Fe₂O₃ 55.0％、V₂O₅ 0.57％、TiO₂ 6.1％、Cr₂O₃ 0.75％、SiO₂ 1.6％、Ae₂O₃ 2.5％、CaO 1.79％、MgO 2.6％)经预还原热装电炉加CaO补碳熔炼，控制钒还原入铁率71％为熔炼终点。产出的铁水成分为：C 2.72％、V 0.38％、Cr 0.55％、Ti 0.18％、Si 0.16％、Si 0.20％。含钒富钛渣的成分为TiO₂ 26.50％、V₂O₅ 0.62％、Cr₂O₃ 0.75％、CaO 17.50％、MgO 10.20％、SiO₂ 20.6％、Al₂O₃ 19.31％、FeO 1.05％。出铁率和产渣率分别为：610kg Fe/t·精矿，230kg含钒富钛渣/t·精矿。含钒铬铁水作为炼钢附产含钒铬钢渣的原料，含钒富钛渣作为生产碳化钛钒铬渣的原料。

含钒铬铁水转炉吹氧单渣直接炼钢：

含钒铬铁水转炉吹氧单渣炼钢，控制铁水比钢渣＝1000∶80，炼出合格牌号钢水，含钒铬钢渣成分为：MFe 2.10％、FeO 11.0％、V₂O₅ 8.93％、Cr₂O₃ 10.80％、SiO₂ 5.31％、CaO 45.52％、MgO 7.10％、TiO₂ 3.75％。含钒铬钢渣作为后续生产碳化钛钒铬渣的原料。

使用的还原碳化剂为焦粉(-100目占80％)，其成分为：固定碳84％、灰分14％、挥发分1.50％。按含钒富钛渣比含钒铬钢渣比焦粉＝800∶170∶167的比例，将一定数量的含钒铬钢渣和焦粉混匀压制成钢渣碳粉球烘干。将一定数量的液态含钒富钛渣装入碳化电炉，按含钒富钛渣比钢渣碳粉球＝800∶337的比例加入钢渣碳粉球，在1500～1650℃的温度下进行还原碳化生产碳化钛钒铬渣。TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃的还原碳化率为90％时，碳化钛钒铬渣的成分为：TiC1 4.78％、TiO₂ 2.19％、V₂C 1.18％、V₂O₅ 0.26％、Cr₄C l.57％、Cr₂O₃ 0.24％、MFe 2.14％、CaO 23.86％、MgO 9.41％、SiO₂ 18.65％、Al₂O₃ 17.71％、C 2.10％。碳化钛钒铬渣作为低温氯化制取含钒TiCl₄附产含CrCl₃的氯化残渣的原料。

碳化钛钒铬渣流化床低温选择氯化床层温度控制：

以碳化钛钒铬渣为制取含钒TiCl₄原料，以连续加料连续排渣方式在2000mm的流化床内氯化，使用氯气的百分摩尔浓度为80％，流化床的单位面积产能为25t粗TiCl₄/m².d，挥发处理流化床产能10％的TiCl₄泥浆，流化床外壁散热损失为床内氯化反应放出总热量的3.5％，浓相区床层温度控制在500±50℃，安装于床层浓相区的高镍不锈钢水(汽)冷却器进口水温为20℃、出口水温为60℃时，水(汽)冷却器的总传热面积约为35m²。换算成外径为0.06m、长度为2m的高镍不锈钢套管式水冷却器，则需在床层浓相区设置93根上述套管式水冷却器。

低温选择氯化连续作业生产的粗TiCl₄含VOCl₃ 6.99％、Cl₂ 0.25％、FeCl₃ 0.03％，氯化残渣CrCl₃ 5.64％。分别作为精制TiCl₄和提取V₂O₅、Cr₂O₃的原料。

碳化钛钒铬渣低温选择氯化流化床的启动：

以正常氯化作业使用的碳化钛钒铬渣为流化床启动时的启动料，启动料层高度为正常氯化作业的1/4，将启动料预热到270℃后，通入用干空气或氮气稀释至百分摩尔浓度32％的低浓氯气启动流化床，同时启用设于床内的水(汽)冷却器，等床层浓相区层温度降至450℃时，开动加料机向流化床内投料，并同时调升通入流化床内的氯气浓度至床层浓相区温度升到550℃时，停止调升氯气浓度。如此重复操作使床层高度达到设计水平，即可转入正常气化作业。

含钒TiCl₄钛钒分离精制TiCl₄：

用优质松节油实施上述含钒TiCl₄钛钒分离精制TiCl₄。优质松节油的加入量为含钒TiCl₄质量的1.13％，或者为含钒TiCl₄中VOCl₃质量百分数的0.162倍。将被精制的含钒TiCl₄放入反应釜内，在常温常压和搅拌条件下，将计算量的优质松节油缓慢地加入含钒TiCl₄中，其后将混合物加热到70-137℃不同的温度水平和时间进行钒钛分离和精制反应2.5小时。终止反应的混合物经沉降，上清液经简单蒸馏得含V＜0.0007％的精TiCl₄产品，从精矿到精TiCl₄钛的回收率达80％。釜底液和沉降槽底流是为富钒TiCl₄泥浆，作为提取V₂O₅的原料。

富钒TiCl₄泥浆提取V₂O₅：

将富钒TiCl₄泥浆定量均匀地喷于床层温度为230℃的外热式隋性粒子流化床浓相层内进行干燥，干燥产生的混合气体排出流化床后经除尘、冷凝回收TiCl₄，回收的TiCl₄并入钒钛分离反应后的上清液蒸馏生产精TiCl₄，除尘并入从流化床溢流管排出的富钒干渣作提取V₂O₅原料。富钒干渣成分为V 20.12％、Ti 14.232％、C 7.50％、Cl^-1 56.2％。

按溶出液中TiO₂的质量浓度为175克/升计算0.7M稀盐酸用量，溶解出富钒渣中的VOCl₂和TiCl₃，滤除碳粉和其他杂物的清液加入氯酸钠溶液将Ti⁺³氧化至3.5克/升，然后加晶种水解沉出偏钛酸，滤除偏钛酸的液体再次加入氯酸钠溶液将Ti⁺³全部氧化为Ti⁺⁴，用NaOH溶液调pH至零时，使钛全部沉淀出来；或者滤除碳粉和其他杂物的清液直接用作NaOH溶液调PH至零附近将Ti⁺³以Ti(OH)₃全部沉出，滤除滤除沉淀的富钒净化液，按现有技术制备六聚钒酸铵进而生产V₂O₅。提钒尾液加石灰乳回收残钒后蒸氨沉钙，沉钙余液送氯碱车间配制电解液。从精矿到V₂O₅产品钒的回收率为80％。

从氯化残渣中提取Cr₂O₃：

用氯化残渣质量40％含微量CrCl₂、浓度为0.4M的稀盐酸两次浸沥氯化残渣溶出CrCl₃。第一次浸沥清液用石灰乳调pH至9.2，沉出含Mg(OH)₂等杂质的Cr(OH)₃沉淀，滤出的沉淀用NaOH溶液溶解Cr(OH)₃使其以CrO₂ ^-1转入溶液，含CrO₂ ^-1的滤清液用公知的方法制取Cr₂O₃产品，第二次浸沥用作下一批次氯化残渣首次浸沥Cr₂Cl₃之用，Cr₂O₃的收率为70％。

实施例3：

高炉冶炼成分为：TFe 51.52％、FeO3 2.26％、V₂O₅ 0.49％、Cr₂O₃ 0.03％、TiO₂ 12.73％、SiO₂ 3.37％、MgO 4.66％、Al₂O₃ 4.59％、S 0.24％)的高钛型钒铁精矿，生产含钒铬铁水附产含钒富钛渣，钒还原入铁率75％。含钒铬铁水成分为：C 4.3％、SiO 20.2％、Ti 0.2％、V 0.34％、Cr 0.06％。含钒富钛渣的成分为TiO₂ 23.10％、V₂O₅ 0.27％、Cr₂O₃ 0.014％、CaO2 6.80％、FeO 0.5％、MgO 8.08％、SiO₂ 23.336％、Al₂O₃ 13.80％、TFe 2.1％，渣比铁＝0.8。含钒铬铁水作为炼钢附产含铬钢渣的原料，含钒富钛渣作为生产碳化钛钒铬渣的原料。

含钒铬铁水转炉吹氧单渣直接炼钢：

含钒铬铁水转炉吹氧单渣炼钢，控制铁水比钢渣为＝1000∶80，炼出合格牌号钢水，含钒铬钢渣成分为：MFe 2.05％、FeO 12.50％、SiO₂ 9.16％、CaO 47.56％、Al₂O₃ 7.75％、TiO₂ 3.80％、V₂O₅ 7.25％、Cr₂O₃ 0.06％。含钒铬钢渣作为后续生产碳化钛钒铬渣的原料。

使用的还原碳化剂为无烟煤粉(-100目占80％)，其成分为：固定碳78％、灰分11.0％、挥发分11.0％。按含钒富钛渣比含钒铬钢渣比无烟煤粉＝800∶120∶131的比例，将一定数量的含钒铬钢渣和无烟煤粉混匀压制成钢渣碳粉球烘干，将一定数量的液态含钒富钛渣装入碳化电炉，按含钒富钛渣比钢渣碳粉球＝800∶251的比例加入钢渣碳粉球，在1500～1650℃的温度下还原碳化生产碳化钛钒铬渣。TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃的还原碳化率为90％时，碳化钛钒铬渣的成分为：TiC 14.21％、TiO₂ 2.10％、V₂C 0.70％、V₂O₅ 0.12％、Cr₄C 0.05％、CaO3 0.16％、MgO 8.28％、SiO₂ 23.01％、Al₂O₃ 14.36％、TiFe 3.38％、C 3.0％。所得碳化钛钒铬渣作为低温氯化制取含钒TiCl₄附产含CrCl₃的氯化残渣的原料。

碳化钛钒铬渣流化床低温选择氯化床层温度控制：

以碳化钛钒铬渣为制取含钒TiCl₄原料，以连续加料连续排渣方式在2000mm的流化床内氯化，使用氯气的百分摩尔浓度为80％，流化床的单位面积产能为25t粗TiCl₄/m².d，挥发处理流化床产能10％的TiCl₄泥浆，流化床外壁散热损失为为床内氯化反应放出总热量的3.5％，浓相区床层温度控制在500±50℃，安装于床层浓相区的高镍不锈钢水(汽)冷却器进口水温为20℃、出口水温为60℃时，水(汽)冷却器的总传热面积约为33m²。换算成外径为0.06m、长度为2m的高镍不锈钢套管式水冷却器，则需在床层浓相区设置88根上述套管式水冷却器。

低温选择氯化连续作业生产的粗TiCl₄含VOCl₃ 4.57％、Cl₂ 0.22％、FeCl₃ 0.02％，氯化残渣含CrCl₃ 0.15％。含钒TiCl₄作为钒钛分离制取精TiCl₄的原料。

碳化钛钒铬渣低温选择氯化流化床的启动：

用石英砂将上述碳化钛钒铬渣中〔TiC+V₂C+Cr₄C(Cr)+1/2Fe〕的质量浓度稀释至4.0％，作为流化床启动时的启动料，启动料层高度为正常氯化作业的1/5，启动料预热到230℃后，通入正常氯化作业使用的氯气启动流化床，同时启用在床层内的水冷却器。通氯启动后等浓相区床层温度降至450℃时，开动加料机加入正常氯化作业使用的碳化钒钛铬渣，加料使浓相区床层温度提升至550℃时停止加料，如此重复操作使床层高度达到设计水平，即可转入正常气化作业。

含钒TiCl₄钛钒分离精制TiCl₄：

用含2～3个五碳环的环烷酸实施上述含钒TiCl₄钛钒分离精制TiCl₄。经计算环烷酸的加入量为含钒TiCl₄质量的0.97％，或者为含钒TiCl₄中VOCl₃质量百分数的0.212倍。将被精制的含钒TiCl₄放入反应釜内，在常温常压和搅拌条件下，将计算量的环烷酸缓慢地加入含钒TiCl₄中，其后将混合物加热到70-137℃不同的温度水平和时间进行钒钛分离和精制反应2.1小时。终止反应的混合物经沉降，上清液经简单蒸馏得含V＜0.0007％的精TiCl₄产品，从精矿到精TiCl₄钛的回收率达80％。釜底液和沉降槽底流是为富钒TiCl₄泥浆，作为提取高纯V₂O₅的原料。

富钒TiCl₄泥浆提取V₂O₅：

将富钒TiCl₄泥浆定量均匀地喷于床层温度为230℃的外热式隋性粒子流化床浓相层内进行干燥，干燥产生的混合气体排出流化床后经除尘、冷凝回收TiCl₄，回收的TiCl₄并入钒钛分离反应后的上清液蒸馏生产精TiCl₄，除尘并入从流化床溢流管排出的富钒干渣作提取V₂O₅原料。富钒干渣成分为V 18.20％、Ti 13.72％、C 7.8 0％、Cl^-1 57.02％。

按溶出液中TiO₂的质量浓度为185克/升计算，用0.4M稀盐酸用量，溶解出富钒渣中的VOCl₃和TiCl₃，滤除碳粉和其他杂物的清液加入氯酸钠溶液将Ti⁺³氧化至3.5克/升，然后加晶种水解沉出偏钛酸，滤除偏钛酸的液体再次加入氯酸钠溶液将Ti⁺³全部氧化为Ti⁺⁴，用NaOH溶液调pH至零时，使钛全部沉淀出来；或者滤除碳粉和其他杂物的清液直接用作NaOH溶液调PH至零附近将Ti⁺³以Ti(OH)₃全部沉出，滤除沉淀的富钒净化液，按现有技术制备六聚钒酸铵进而生产高纯V₂O₅产品。提钒尾液加石灰乳回收残钒后蒸氨沉钙，沉钙余液送氯碱车间配制电解液。

氯化残渣中CrCl₂含量仅为0.15％，没有多大提取价值。CrCl₃微溶于水(水浸沥试验表明溶解率＜0.03％)，综合利用氯化残渣时不必专门处理CrCl₃。

Claims

1.从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，包括如下步骤：

⑤钒钛分离，用环烯烃或者环烷酸直接还原溶于TiCl₄中VOCl₃，生成不溶于TiCl₄的VOCl₂，实现钒钛分离，从而精制TiCl₄并附产富钒TiCl₄泥浆；

⑥从富钒TiCl₄泥浆中提取V₂O₅。

2.如权利要求1所述的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，其特征是：所述步骤③电炉熔融选择还原碳化中，将含钒铬钢渣与碳粉按确定的比例混合，压制成20～30mm的钢渣碳粉球烘干，钢渣碳粉球与含钒富钛渣按确定的比例，在电炉中熔融选择还原碳化生产碳化钛钒铬渣。

3.如权利要求1所述的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，其特征是：所述步骤④碳化钛钒铬渣流化床低温选择氯化中，流化床氯化作业期间采取连续加料连续排渣，挥发处理粗TiCl₄生产过程产生的TiCl₄泥浆，在床层浓相区设置高镍不锈钢水(汽)冷却器移出多余的反应热，将床层浓相区温度控制在400～600℃的范围内，确保实现选择氯化TiC、V₂C、Cr₄C或Cr生产含钒TiCl₄，附产含CrCl₃的氯化残渣的氯化作业工艺顺行。

4.如权利要求3所述的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，其特征是：所述步骤④碳化钛钒铬渣流化床低温选择氯化中，流化床启动时添加软熔点＞700℃的难氯化物，将正常氯化作业使用的碳化钛钒铬渣中〔TiC+V₂C+Cr₄C(Cr)+1/2Fe〕质量之和稀释至1～7％作为流化床启动时的启动料，用正常氯化作业时使用的氯气作启动气体启动流化床。

5.如权利要求3所述的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，其特征是：所述步骤3碳化钛钒铬渣流化床低温选择氯化中，添加干空气、氮气及其他隋性气体，将正常氯化作业时使用的氯气稀释至百分摩尔浓度为20～50％的低浓度氯气，作为流化床启动时的启动气体，正常氯化作业使用的碳化钛钒铬渣作启动料启动流化床。

6.如权利要求4或5所述的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，其特征是：所述步骤④碳化钛钒铬渣低温流化床选择氯化中，启动料在流化床内的预热温度为180～450℃，流化床启动时床层浓相区高度为正常氯化作时的1/5～1/3。

7.如权利要求1所述的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，其特征是：所述步骤⑤钒钛分离中，将被精制的含钒TiCl₄放入反应釜内，在常温常压和搅拌条件下，缓慢地加入计算量的环烯烃或者环烷酸，其后将混合物加热到70-137℃不同的温度和时间水平进行钒钛分离反应1.5～2.5小时，终止反应的混合物经沉降，上清液经简单蒸馏生产出含V＜0.0007％，符合氯化法钛白生产所需质量的精TiCl₄，釜底液和沉降槽底流，是为富钒TiCl₄泥浆，环烯烃或者环烷酸的加入量为含钒TiCl₄中VOCl₃质量百分数的0.15～0.30倍。

8.如权利要求6所述的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，其特征是：所述环烯烃为松节油及其分馏产物，所述环烷酸为含2～3个五碳环的环烷酸。

9.如权利要求1所述的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，其特征是：所述步骤⑥从富钒TiCl₄泥浆中提取V₂O₅中，将富钒TiCl₄泥浆均匀地喷撒于床型为园、锥复合体的外热式隋性粒子流化床内，以氮气为初始流化介质，床温在170～290℃的条件下干燥除去TiCl₄；按溶出液中TiO₂的质量浓度为150～200克/升计算，用0.5～1M的稀盐酸溶解富钒干渣中的VOCl₂和TiCl₃，滤清液用氯酸钠将Ti⁺³97％以上氧化为Ti⁺⁴，用加晶种水解法沉出偏钛酸；滤除偏钛酸的液体用氯酸钠将Ti⁺³全部氧化为Ti⁺⁴；用NaOH溶液调pH至零附近，将钛全部以偏钛酸形式沉淀析出，或者滤清液直接用NaOH溶液调pH至零附近将Ti⁺³以Ti(OH)₃全部沉淀滤除，经净化的钒溶液用水法提钒方法制备六聚钒酸铵进而生产V₂O₅。

10.如权利要求1所述的从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，其特征是：所述步骤④附产的含CrCl₃的氯化残渣用于提取Cr₂O₃中，用盐酸浓度为0～0.5M、含微量CrCl₂、质量为氯化残渣25～45％的溶液，二次浸沥溶出氯化残渣中的CrCl₃，第一次浸沥滤液用石灰乳调pH值至8.5～9.5，沉出含Mg(OH)₂的Cr(OH)₃沉淀，滤出的沉淀用NaOH溶液溶解Cr(OH)₃使其以CrO₂ ^-1转入溶液，含CrO₂ ^-1的碱性滤清液用来制取Cr₂O₃；第二次浸沥液用作下一批次氯化残渣首次浸沥CrCl₂之用。