CN103866144B - 一种钒钛硅铁合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钒钛硅铁合金的制备方法。其技术方案是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2~8%wt的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀；然后进行熔融热还原，制得钒钛硅铁合金。其中：向含钛高炉渣中加入的碳、金属铝和镁不同时为零。所述的含钛高炉渣为以钒钛磁铁矿为主要原料经高炉冶炼产生的冷态或热态含钛高炉渣；含钛高炉渣的TiO2含量为12~30wt%。本发明通过熔融热还原法将V2O5和含钛高炉渣中TiO2、SiO2等有价金属化合物还原为钒钛硅铁合金，钛的收得率为85～90％，残渣中的TiO2降至2wt％。本发明具有有价金属收得率高、产品附加值高、节能减排和利于环境保护的特点。
Description
技术领域
本发明属于钒钛硅铁合金技术领域。尤其涉及一种钒钛硅铁合金的制备方法。
背景技术
钒钛硅铁多元复合合金作为微合金化处理剂，对发展高强度低合金钢、合金钢、特别是控轧控冷微合金化钢，提高碳素钢质量具有重要意义。国外已开发了一系列的钒钛复合合金产品，我国目前还未商品化开发系列钒钛复合合金产品。赵锡群等以预还原攀钢雾化钒渣及氧化钒为原料（赵锡群，武文斌，张晖．钒钛硅铁复合合金的开发与应用．铁合金，2003，No.2,1-6），以硅铁为还原剂进行了钒钛硅铁合金的开发研究。
我国攀西地区有丰富的钒钛磁铁矿，其中的钛占中国钛资源的90wt%以上，在现行高炉炼铁工艺中大约有50wt%的钛进入了攀钢特有的高钛型高炉渣中，其TiO2含量为20～26wt%，目前已积存6000多万吨，而且还以每年新增300余万吨的速度递增。一方面，炉渣中的大量钛资源无法得到利用，另一方面，大量的炉渣积存在地表造成较为严重的环境污染，给长江上游金沙江流域的环境保护造成了极大的压力。
自上世纪60年代以来，国内外科技工作者对含钛高炉渣的综合利用做了大量的研究工作，尽管取得了一些成果，但有两个关键的问题，仍然没有解决：
一是提钛工艺成本过高、工艺本身对环境的污染及影响问题没能很好解决；
二是提钛后，残渣的利用以及对环境的重新污染问题未能解决。
十一五期间，武汉科技大学与攀钢集团公司等单位合作，开展了含钛高炉渣资源化综合利用研究。申请人2005年发明了“利用含钛炉渣制备钛及钛合金的方法（ZL200510019664.3）”专利技术。采用该技术，利用含钛炉渣制备钛合金，可以使含钛炉渣中钛的回收率达到90wt%以上，残渣中的TiO2降至2wt%左右，能有效降低生产成本，而提钛后残渣则可用于制备铝酸盐水泥等高附加值产品，基本解决了提钛工艺成本高、环境污染严重两大问题，使含钛高炉渣由固体废弃物转变为可高附加值利用的宝贵资源。然而，含钛高炉渣的高附加值开发利用还远远不够，仍然有极大的开发利用空间。
发明内容
本发明旨在拓展含钛高炉渣资源化高附加值利用空间，提供一种收得率高、附加值高、节能减排和利于环境保护的钒钛硅铁合金的制备方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2~8%wt的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀；然后进行熔融热还原，制得钒钛硅铁合金。
上述技术方案中：向含钛高炉渣中加入的碳、金属铝和镁不同时为零。
所述的含钛高炉渣为以钒钛磁铁矿为主要原料经高炉冶炼产生的冷态或热态含钛高炉渣；含钛高炉渣的TiO2含量为12~30wt%。
所述五氧化二钒为含钒页岩中提取的初级五氧化二钒产品或为工业五氧化二钒，五氧化二钒中的V2O5＞95wt%。
所述的熔融热还原在等离子炉、或在直流电弧炉、或在交流电弧炉、或在电阻炉中进行。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明以含钛高炉渣为主要原料，辅以V2O5开发制备钒钛硅铁合金，通过熔融热还原法将V2O5及含钛高炉渣中钛、硅等有价金属化合物还原为钒钛硅铁合金，使含钛高炉渣中钛的收得率达85～90％，残渣中的TiO2含量降至2wt％左右，在得到高附加值钒钛硅铁合金的同时，残渣也得到高附加值的利用。对于进一步拓展含钛高炉渣资源化的高附加值利用空间、促进节能减排和环境保护具有十分重要的意义。
因此，本发明具有有价金属收得率高、产品附加值高、节能减排和利于环境保护的特点。
附图说明
图1为本发明制备的一种钒含量为5wt%的钒钛硅铁合金扫描电子像；
图2为本发明的一种钒含量为10wt%的钒钛硅铁合金扫描电子像；
图3为本发明的一种钒含量为15wt%的钒钛硅铁合金扫描电子像；
图4为本发明的另一种钒含量为15wt%的钒钛硅铁合金的XRD物相分析。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明左进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：所述的含钛高炉渣为以钒钛磁铁矿为主要原料经高炉冶炼产生的冷态或热态含钛高炉渣；所述五氧化二钒为含钒页岩中提取的初级五氧化二钒产品或为工业五氧化二钒，五氧化二钒中的V2O5＞95wt%；向含钛高炉渣中加入的碳、金属铝和镁不同时为零。具体实施例中不再赘述。
以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制，其他任何未背离本发明技术方案的实质与原理下所作出的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的
实施例1
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2.2wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在等离子炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为5wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例2
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2.2wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在交流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为5wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例3
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2.2wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在直流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为5wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例4
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2.2wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在电阻炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为5wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例5
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣5.0wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在等离子炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为10wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例6
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣5.0wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在交流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为10wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例7
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣5.0wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在直流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为10wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例8
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣5.0wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在电阻炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为10wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例9
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣8.0wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在等离子炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为15wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例10
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣8.0wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在交流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为15wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例11
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣8.0wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在直流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为15wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例12
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为30.46wt%，SiO2为26.19wt%，Al2O3为13.47wt%，MgO为8.41wt%，Fe2O3为3.40wt%，TiO2为16.70wt%，MnO为0.74wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣8.0wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在电阻炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为15wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例13
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2.2wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在等离子炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为5wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例14
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2.2wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在交流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为5wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例15
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2.2wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在直流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为5wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例16
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2.2wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在电阻炉中加热和保温并进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为5wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例17
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣5wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在等离子炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为10wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例18
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣5wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在交流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为10wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例19
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣5wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在直流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为10wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例20
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣5wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在电阻炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为10wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例21
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣8wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在等离子炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为15wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例22
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣8wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在交流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为15wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例23
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣8wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在直流电弧炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为15wt%左右的钒钛硅铁合金。
实施例24
一种钒钛硅铁合金的制备方法。本实施例所采用的含钛高炉渣的成分为：CaO为24.62wt%，SiO2为27.97wt%，Al2O3为13.40wt%，MgO为7.68wt%，Fe2O3为3.19wt%，TiO2为20.59wt%，MnO<1wt%。
所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣8wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀。然后在电阻炉中进行熔融热还原反应，制得目标钒含量为15wt%左右的钒钛硅铁合金。
本具体实施方式以含钛高炉渣为主要原料，通过熔融热还原法将五氧化二钒、含钛高炉渣中钛、硅等有价金属化合物还原为钒钛硅铁合金。附图1~附图3为本具体实施方式采用不同方法所制备的钒含量依次为5wt%、10wt%和15wt%的钒钛硅铁合金的扫描电子像，从附图4可以看出，采用本本具体实施方式以含钛高炉渣及五氧化二钒为主要原料可以制得钒钛硅铁合金。
本具体实施方式可充分利用含钛高炉渣中的钛制备钒钛硅铁合金，炉渣中钛的收得率高，可达85～90％，残渣中的TiO2含量可降至2wt％左右。对于进一步拓展含钛高炉渣资源化高附加值利用空间，促进循环经济的发展，节能减排和环境保护具有十分重要的意义。
Claims (4)
1.一种钒钛硅铁合金的制备方法，其特征在于所述制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占2~8wt%的五氧化二钒、0~20wt%的碳、0~30wt%的金属铝、0~10wt%的铁、0~10wt%的硅和0~30wt%的镁，混合均匀；然后进行熔融热还原，制得钒钛硅铁合金；
上述技术方案中：向含钛高炉渣中加入的碳、金属铝和镁不同时为零。
2.根据权利要求1所述的钒钛硅铁合金的制备方法，其特征在于所述的含钛高炉渣为以钒钛磁铁矿为主要原料经高炉冶炼产生的冷态或热态含钛高炉渣；含钛高炉渣的TiO2含量为12~30wt%。
3.根据权利要求1所述的钒钛硅铁合金的制备方法，其特征在于所述五氧化二钒为含钒页岩中提取的初级五氧化二钒产品或为工业五氧化二钒，五氧化二钒中的V2O5＞95wt%。
4.根据权利要求1所述的钒钛硅铁合金的制备方法，其特征在于所述的熔融热还原在等离子炉、或在直流电弧炉、或在交流电弧炉、或在电阻炉中进行。
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