CN103555947A - 一种钛铁矿的冶炼新工艺 - Google Patents

Abstract

一种钛铁矿的冶炼新工艺，是一种金属冶炼技术，尤其是一种在钛铁矿的冶炼新工艺。该工艺是将破碎的钛铁矿进入电炉中进行冶炼，然后出料，渣铁分离并获得高钛渣，其特征在于该钛铁矿在进电炉冶炼前首先进行预还原处理，其具体冶炼过程是：首先，将破碎后与含碳物料混合的钛铁矿压制成块状；第二，将压制成块的钛铁矿在真空炉窑中进行堆垛焙烧；第三，焙烧完成后冷却出炉；最后，将出炉的钛铁矿投入电炉中冶炼。本发明工艺不仅节能环保，还能避免出现电炉中的物料塌料和翻渣现象，保障生产人员的生产安全。

Description

一种钛铁矿的冶炼新工艺

技术领域

本发明是一种金属冶炼技术，尤其是一种在钛铁矿的冶炼新工艺。背景技术

钛是一种化学元素，化学符号Ti，原子序数22，是一种银白色的过渡金属。钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），高于铝而低于铁、铜、镍，但比强度位于金属之首。熔点1668±4℃。钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%。

钛具有熔点高、比重小、比强度高、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点，被应用于航空、航天等高科技领域，并不断向化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行业推广，钛金属日益被人们重视，被誉为“现代金属”和“战略金属”，是提高国防装备水平不可或缺的重要战略物资，也是衡量一个国家工业规模的重要指标。

在地壳中，钛的储量仅次于铁、铝、镁，居第四位，中国钛资源总量9.65亿吨，居世界之首，占世界探明储量的38.85%，主要集中在四川、云南、广东、广西及海南等地。钛的主要矿石是金红石TiO₂、钛铁矿FeTiO₃和钙钛矿，存在分散难以提取。

制取金属钛的原料主要为金红石和钛铁矿FeTiO₃，金红石中含TiO₂大于96%。缺少金红石矿的国家则采用钛铁矿制成高钛渣，其中含TiO₂在90%左右。因天然金红石涨价和储量日减，各国都趋向于用钛铁矿制成富钛料，即高钛渣和人造金红石来制取金属钛。工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。

电炉法是目前工业上钛铁矿制取富钛料的一种高效方法，该方法采用碳作为还原剂，对钛铁矿进行微波碳热还原，以获得TiO₂，但存在生产成本高、耗能大等问题。

以云南富民产钛铁矿冶炼为列，该钛铁矿中含TiO₂约42~46%，Fe约31~35%，采用自焙电极敞口式的电炉冶炼熔炼高钛渣，TiO₂含量可达到72~92%以上。其具体的冶炼工艺是将钛铁矿破碎后与焦煤或木炭等含碳物料混合配料，并进入电炉中进行冶炼，然后出料渣铁分离，破碎筛分，经磁选有形成高钛渣。该方法中主要涉及的反应式为：

FeTiO₃+C=Fe+TiO₂+CO；

FeTiO₃+CO=Fe+TiO₂+CO₂；

CO₂+C=2CO；

常见的电炉，其额定容量6300kVA，一次可冶炼钛铁矿20吨，电炉电耗量在6300kw﹒h，在冶炼TiO₂含量大于92%的高钛渣时，需要冶炼6小时出渣，按一度电0.5元计算，电力费用在18900元，其耗电量相当大。与此同时，敞口式电炉冶炼还会存在塌料和翻渣的情况，导致电压电流的不稳定，造成热料四处喷溅导致发生加料人员灼烫事故，冶炼过程环境恶劣。

目前，为实现钛铁矿电炉法高效低耗的制备富钛料，对电炉法制备高钛渣技术进行了多方面的优化研究，提出低温还原钛铁矿生产高钛渣的方法，发现了在760 ℃条件下恒温30 min 基本上将铁从钛精矿中还原出来这一低温反应现象，但是要实现该工艺需要钛精矿的颗粒度在1~ 2 um, 一般球磨机难以实现这一目标, 即使能够达到, 也将耗费大量能量，因此无法实现规模化的工业应用。

发明内容

本发明的目的就是解决目前采用自焙电极敞口式的电炉冶炼熔炼高钛渣低效高耗能的问题，提出一种钛铁矿的冶炼新工艺，该工艺能够降低生产成本，提高电能利用率，并保证高钛渣的质量，使其符合相关国家标准要求。

本发明的一种钛铁矿的冶炼新工艺，该工艺是将破碎的钛铁矿进入电炉中进行冶炼，然后出料，渣铁分离并获得高钛渣，其特征在于该钛铁矿在进电炉冶炼前首先进行预还原处理，其具体冶炼过程是：

首先，将破碎后与含碳物料混合的钛铁矿压制成块状；

第二，将压制成块的钛铁矿在真空炉窑中进行堆垛焙烧；

第三，焙烧完成后冷却出炉；

最后，将出炉的钛铁矿投入电炉中冶炼。

其中，所述的含碳物料为焦煤，按重量份，钛铁矿：含碳物料=1：0.08~0.12的比例进行混料。钛铁矿的微波还原速率与物料中含碳量关系十分密切。当物料中的初始含碳量小于20%时，还原速率随着含碳量的增加而明显加快；但当含碳量大于20%时，进一步增加含碳量对还原速率没有明显的影响。

所述的真空炉窑是一种真空砖瓦窑或竖窑。传统的，工业窑炉分为工业窑和工业炉，主要是指那些利用燃烧反应把材料加热的装置。“窑”多应用于硅酸盐工业系统，如生产陶瓷、玻璃、水泥等产品的炉子。“炉”则多用于冶金和机械系统，主要用来冶炼和制备钢铁和各种有色金属材料。相对而言，在焙烧钛铁矿块时采用窑更能提高效率，降低成本。

所述的真空砖瓦窑是一种单风道轮窑。在砖瓦窑中，按结构现有的种类有隧道窑、晾晒型轮窑、人工干燥室轮窑、直型轮窑和单风道轮窑等种类。隧道窑是目前自动化程度最高的窑，该窑自动化程度高，设计先进的能达到全程监控并自动化装出窑，降低了劳动强度并节省大量的人力资源。但是缺点是该窑投资巨大（日产量十万块标砖的规模，总投资四百多万元左右），且生产过程中维修费用过高，生产成本控制难度高，难以在实现规模化的工业化应用。因此采用单风道轮窑砖瓦窑才能实现降低生产成本，实现工业化生产的目的。

所述的钛铁矿堆垛方式采用纵横交错的间隔堆放方式，以提高热量的流动性。

所述的钛铁矿焙烧是在600~800℃下焙烧48小时。

焙烧完成，在真空环境下需要冷却到400℃以下后再出炉，否则焙烧好的钛铁矿将在高温下会被氧化。

本发明的钛铁矿冶炼新工艺，将钛铁矿预还原后再进入电炉中冶炼，能够大大减低电炉的耗电量，但又无需将钛铁矿研磨到10um以下，符合现有的钛铁矿冶炼技术发展水平，是一种能够广泛推广，且具备工业化应用的新冶炼工艺。该工艺不仅节能环保，还能避免出现电炉中的物料塌料和翻渣现象，保障生产人员的生产安全。

具体实施方式

实施例1：用本发明的新工艺，对产自云南富民钛铁矿进行冶炼。该原矿洗矿后，钛铁矿中含TiO₂约45%，Fe约35%。具体的工艺步骤如下：

（1）破碎的钛铁矿与焦煤进行混合，每吨钛铁矿中混入焦煤0.1吨。

（2）将混合后的物料在高压打砖机上压制成块状。

（3）压制成块的钛铁矿按烧砖堆放的方式堆垛在真空炉窑中进行焙烧，焙烧的温度保持800℃，焙烧48小时。

（4）焙烧完成后真空下进行冷却至400℃以下，然后出炉。

（5）出炉的块状钛铁矿破碎后投入6300kVA电炉中进行冶炼，在冶炼温度1200~1800℃，可实现连续投料。

（6）冶炼完成出料，渣铁分离并获得高钛渣。

经上述工艺冶炼后的高钛渣，其TiO₂含量在75~92%，符合国家标准，但大大降低了耗能，具体体现如下表。

	未经预还原	本发明工艺
			电炉功率	6300kw﹒h	6300kw﹒h
焙烧时间	6h	6h
			电炉高钛渣产量	10T	25T
耗电能	37800元	37800元
			电力费用	0.5元/度	0.5元/度
一炉耗电费用	18900元	18900元
			单位高钛渣电力费用	1890元/吨	756元/吨
预处理费用	0	200元/吨
			单位高钛渣总耗能成本	1890元/吨	956元/吨

可以看出，经本发明预处理后，电炉耗电相比之下大大降低，只有原来的一半，可以实现工业化的生产，大大提高了电炉进行钛铁矿冶炼的工作效率，符合国家节能环保的要求。 

Claims (8)

1.一种钛铁矿的冶炼新工艺，该工艺是将破碎的钛铁矿进入电炉中进行冶炼，然后出料，渣铁分离并获得高钛渣，其特征在于该钛铁矿在进电炉冶炼前首先进行预还原处理，其具体冶炼过程是：

首先，将破碎后与含碳物料混合的钛铁矿压制成块状；

第二，将压制成块的钛铁矿在真空炉窑中进行堆垛焙烧；

第三，焙烧完成后冷却出炉；

最后，将出炉的钛铁矿投入电炉中冶炼。

2.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于按重量份，钛铁矿：含碳物料=1：0.08~0.12的比例进行混料。

3.如权利要求2所述的所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于含碳物料为焦煤。

4.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于所述的真空炉窑是一种真空砖瓦窑或竖窑。

5.如权利要求4所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于所述的真空砖瓦窑是一种单风道轮窑。

6.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于所述的钛铁矿堆垛方式采用纵横交错的间隔堆放方式，以提高热量的流动性。

7.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于所述的钛铁矿在真空炉窑中焙烧是在600~800℃下焙烧48小时。

8.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于焙烧完成，在真空环境下需要冷却到400℃以下后再出炉。