CN107653353A - 一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统及方法 - Google Patents

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CN107653353A CN201711023671.XA CN201711023671A CN107653353A CN 107653353 A CN107653353 A CN 107653353A CN 201711023671 A CN201711023671 A CN 201711023671A CN 107653353 A CN107653353 A CN 107653353A
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Abstract

本发明涉及一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，该系统包括气基竖炉、熔分器和分选提纯系统，气基竖炉包括钒钛磁铁矿氧化球团入口、还原气入口和钒钛矿海绵铁出口，熔分器包括钒钛矿海绵铁入口、氢气入口、尾气出口、含钒铁水出口和富碳化钛炉渣出口，分选提纯系统包括富碳化钛炉渣入口和碳化钛出口，气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口连接熔分器的钒钛矿海绵铁入口，熔分器的尾气出口连接气基竖炉的还原气入口，熔分器的富碳化钛炉渣出口连接分选提纯系统的富碳化钛炉渣入口。本发明还涉及使用该系统制备碳化钛的方法。该系统采用钒钛磁铁矿气基直接还原‑熔分短流程冶炼工艺，可充分利用渣中TiO2，得到的产品价值高,且对环境友好。

Description

一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统及方法
技术领域
本发明总地涉及冶金技术领域，具体涉及一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统及方法。
背景技术
碳化钛(TiC)是一种具有金属光泽的铜灰色结晶体，晶型构造为正方晶系。TiC具有很高的熔点和硬度，熔点为3150℃±10℃，沸点4300℃，莫式硬度为9.5，显微硬度为2.795GPa，它的硬度仅次于金刚石。TiC具有良好的传热性能和导电性能，随着温度升高其导电性降低，这说明TiC还具有金属性质。TiC是已知的最硬的碳化物，是生产硬质合金的重要原料。因此含有TiC的刀具比碳化钨(WC)及其它材料的刀具具有更高的切削速度和更长的使用寿命。如果在其他材料(如WC)的刀具表面上沉积一层TiC薄层时，则可大大提高刀具的性能。TiC还具有热硬度高、摩擦系数小、热导率低等特点。
TiC粉末由于具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、高强度、高硬度、导热导电等性能而被广泛应用于制作陶瓷、切削刀具、耐磨耐火材料、航空和冶金等领域。
目前国内外制备TiC粉末的方法主要有碳热还原氧化钛(TiO2)法、直接反应法等。碳热还原法是合成TiC最常用的方法，是一种比较成熟的制备TiC粉末技术。目前工业生产碳化钛粉末是用炭黑还原二氧化钛来制备的，反应的温度范围在1700-2100℃，反应方程式为TiO2(s)+3C(s)＝TiC(s)+2CO(g)，且在还原过程中需要保温10-24小时(h)。该技术需要采用高纯TiO2或钛铁矿作为原料，并且还原剂要求是炭黑，还原过程缓慢，需要反应时间长。直接反应法为利用Ti粉和炭分反应生成TiC。化学反应式为：Ti(s)+C(s)＝TiC。但由于很难制备亚微米级金属Ti粉,该方法的应用受到限制，且上述反应需5-20h才能完成,反应过程较难控制,反应物团聚严重,需进一步的粉磨加工才能制备出细颗粒TiC粉体。此外，由于金属钛粉的价格昂贵，使得合成TiC的成本也高。综上所述，现有技术中的碳化钛制备方法，存在着工艺复杂、效率较低、能耗和成本较高等问题。
目前钒钛磁铁矿冶炼主要为高炉-转炉流程，由于该流程产品是钢铁，高炉渣中(TiO2)含量低，约在25％以下，并且包含其他杂质成分。因此，目前尚没有成熟工艺可以将钒钛磁铁矿中的TiO2进行回收利用，导致Ti资源的严重浪费。
发明内容
本发明的目的是针对目前钒钛矿高炉冶炼存在着能耗高、含钛高炉渣无法资源化利用问题，提出一种新的气基直接还原钒钛磁铁矿生产半钢水、钒渣和碳化钛方法，充分利用气基竖炉还原后海绵铁中渣相含钛高(60-80wt％)的优点，生产碳化钛产品，对钛资源进行资源化利用。
本发明提供了一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述系统包括气基竖炉、熔分器和分选提纯系统。所述气基竖炉包括钒钛磁铁矿氧化球团入口、还原气入口和钒钛矿海绵铁出口。所述熔分器包括钒钛矿海绵铁入口、氢气入口、尾气出口、含钒铁水出口和富碳化钛炉渣出口。所述分选提纯系统包括富碳化钛炉渣入口和碳化钛出口。所述气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口连接所述熔分器的钒钛矿海绵铁入口，所述熔分器的尾气出口连接所述气基竖炉的还原气入口，所述熔分器的富碳化钛炉渣出口连接所述分选提纯系统的富碳化钛炉渣入口。
优选地，根据前述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述系统还包括渗碳炉，所述气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口、所述渗碳炉和所述熔分器的钒钛矿海绵铁入口顺次连接，所述渗碳炉还包括一氧化碳入口。
优选地，根据前述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述系统还包括造球系统，所述造球系统包括造球装置和焙烧装置。所述造球装置包括原料入口和钒钛磁铁矿球团出口。所述焙烧装置包括钒钛磁铁矿球团入口和钒钛磁铁矿氧化球团出口。所述造球装置的钒钛磁铁矿球团出口连接所述焙烧装置的钒钛磁铁矿球团入口，所述焙烧装置的钒钛磁铁矿氧化球团出口连接所述气基竖炉的钒钛磁铁矿氧化球团入口。所述造球装置能够为圆盘造球机。所述焙烧装置能够为链篦机-回转窑、带式焙烧机或竖炉焙烧装置。
或优选地，根据前述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述系统还包括转炉，所述转炉包括含钒铁水入口、铁水出口和钒渣出口，所述含钒铁水入口连接所述熔分器的含钒铁水出口。
更优选地，根据前述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述熔分器为超重力熔分器。所述分选提纯系统包括依次连接的浮选装置和酸浸装置。
本发明还提供了一种使用前述的系统制备碳化钛的方法，其中，所述制备碳化钛的方法包括：
(1)采用含甲烷的还原气在所述气基竖炉中还原钒钛磁铁矿氧化球团得到钒钛矿海绵铁，还原温度为1000-1100℃。
(2)将所述钒钛矿海绵铁在所述熔分器中进行碳化熔分反应得到含钒铁水、富碳化钛炉渣和尾气，反应气体为氢气，反应温度为1700-1800℃，所述富碳化钛炉渣输送至所述分选提纯系统，所述尾气输送至所述气基竖炉作为步骤(1)中所述还原气的一部分。
(3)将所述富碳化钛炉渣在所述分选提纯系统中进行分选提纯得到碳化钛。
优选地，根据前述的制备碳化钛的方法，其中，步骤(1)和步骤(2)之间还包括：(A)采用CO在所述渗碳炉中对所述钒钛矿海绵铁进行渗碳得到含碳量为7-10wt％的钒钛矿海绵铁，渗碳温度为650-700℃。
优选地，根据前述的制备碳化钛的方法，其中，
步骤(1)之前还包括制备所述钒钛磁铁矿氧化球团，其包括以下步骤：
(B)将钒钛磁铁矿、有机粘结剂和水以质量比为88-91:2-3:7-9在所述造球装置中进行混合造球得到钒钛磁铁矿球团，
(C)将所述钒钛磁铁矿球团经干燥后在焙烧装置中进行焙烧得到所述钒钛磁铁矿氧化球团，所述钒钛磁铁矿氧化球团的孔隙率为20％以上。
步骤(3)所述的分选提纯包括以下步骤：
(D)将所述富碳化钛炉渣冷却后研磨成粉末，
(E)将所述粉末在所述浮选装置中进行浮选分离得到碳化钛，
(F)采用盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种在所述酸浸装置中对所述碳化钛进行提纯。
或优选地，根据前述的制备碳化钛的方法，其中，
步骤(3)之后还包括：(G)将所述含钒铁水在所述转炉中进行提钒得到钒渣和半钢水。
步骤(2)还包括利用超重力分离所述含钒铁水和所述富碳化钛炉渣。
更优选地，根据权利要求6-9中任一项所述的制备碳化钛的方法，其中，
步骤(1)的所述还原气中，甲烷含量为10-12V％(即体积百分比)，H2+CO>75V％，H2/CO的体积分数比为1.5，所述还原压力为0.2-0.5MPa。
步骤(2)中所述反应时间为4-6h，所述超重力分离的离心力为重力的1.5-2倍，所述超重力分离时间为5-10分钟(min)。
步骤(B)中所述钒钛磁铁矿的品位为TFe为59-64wt％，TiO2为6-15wt％，V2O5为0.6-1wt％，其他脉石含量低于3wt％，粒度小于200目，其中小于300目占比达85％以上，所述有机粘结剂为羧甲基纤维素钠。
步骤(C)中所述焙烧温度为1200-1300℃，所述焙烧时间为15-25min。
步骤(D)中所述粉末粒度为200目以下。
步骤(E)中所述浮选药剂为油酸、黄药或环烷酸，pH范围为1-7，pH调节剂为盐酸和/或氢氧化钠。
本发明采用钒钛磁铁矿气基直接还原-熔分短流程冶炼工艺，可充分利用渣中TiO2，得到的产品价值高，且对环境友好。
采用有机粘结剂造球，最大限度降低造球过程对熔分钛渣中TiO2品位影响，促进TiO2与H2、炭黑的充分反应。
还原过程和后续渗碳过程，使甲烷裂解的炭黑和CO分解得到的炭黑充分地渗入到海绵铁内部，有利于在熔分器中炭黑和渣中TiO2充分接触反应，提高TiO2转化率，增加TiC产率。通过气体得到的炭黑活性高，可以极大提高碳化效率，并降低了碳化温度，从而有效的降低了能耗。
本发明可实现综合利用含钛6-15wt％的钒钛磁铁矿，通过直接利用钒钛磁铁矿生产碳化钛，提高了钒钛磁铁矿综合利用的附加值。
附图说明
图1为本发明提供的一种实施方案中的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统结构示意图；以及
图2为本发明提供的一种实施方案中的制备碳化钛方法的流程图；
附图说明：
1、造球装置；2、焙烧装置；3、气基竖炉；4、渗碳炉；5、熔分器；6、浮选装置；7、酸浸装置；8、转炉。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，本发明提供了一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，系统包括气基竖炉3、熔分器5和分选提纯系统。气基竖炉3包括钒钛磁铁矿氧化球团入口、还原气入口和钒钛矿海绵铁出口。熔分器5包括钒钛矿海绵铁入口、氢气入口、尾气出口、含钒铁水出口和富碳化钛炉渣出口。分选提纯系统包括富碳化钛炉渣入口和碳化钛出口。气基竖炉3的钒钛矿海绵铁出口连接熔分器5的钒钛矿海绵铁入口，熔分器5的尾气出口连接气基竖炉3的还原气入口，熔分器5的富碳化钛炉渣出口连接分选提纯系统的富碳化钛炉渣入口。
在气基竖炉3中，采用还原气对钒钛氧化球团进行还原得到钒钛海绵铁。钒钛海绵铁进入熔分器5进行碳化和熔分得到含钒铁水、富碳化钛炉渣和尾气。富碳化钛炉渣进入分选提纯进行分选提纯得到高纯碳化钛。尾气进入气基竖炉3成为还原气的一部分。
在一种实施方案中，熔分器5为超重力熔分器，其上部为圆柱分离旋转陶瓷桶，下部依靠电机驱动。富碳化钛炉渣中的液态铁在离心力作用下，向陶瓷桶的壁面聚集并向下流动与下部含钒铁水混合到一起。该设备采用电极插入陶瓷桶内，利用电弧加热。
在一种实施方案中，分选提纯系统包括依次连接的浮选装置6和酸浸装置7。富碳化钛炉渣进入浮选装置6进行初选，再进入酸浸装置7进行提纯，得到高纯碳化钛。
在一种实施方案中，系统还包括渗碳炉4，气基竖炉3的钒钛矿海绵铁出口、渗碳炉4和熔分器5的钒钛矿海绵铁入口顺次连接，渗碳炉4还包括一氧化碳入口。钒钛海绵铁进入熔分器5之前，先在渗碳炉4中通过CO气体进行渗碳，为给后续生产碳化钛提供充分炭黑。
在一种实施方案中，系统还包括造球系统，造球系统包括造球装置1和焙烧装置2。造球装置1包括原料入口和钒钛磁铁矿球团出口。焙烧装置2包括钒钛磁铁矿球团入口和钒钛磁铁矿氧化球团出口。造球装置1的钒钛磁铁矿球团出口连接焙烧装置2的钒钛磁铁矿球团入口，焙烧装置2的钒钛磁铁矿氧化球团出口连接气基竖炉3的钒钛磁铁矿氧化球团入口。造球装置1能够为圆盘造球机。焙烧装置2能够为链篦机-回转窑、带式焙烧机或竖炉焙烧装置。以精选后的钒钛磁铁矿为原料，在造球装置1内制备钒钛磁铁矿球团。钒钛磁铁矿球团进入焙烧装置2焙烧得到钒钛磁铁矿氧化球团，钒钛磁铁矿氧化球团再进入到气基竖炉装置3进行还原。
在一种实施方案中，系统还包括转炉8，转炉8包括含钒铁水入口、铁水出口和钒渣出口，含钒铁水入口连接熔分器5的含钒铁水出口。转炉8用于提钒熔分器5生成的含钒铁水。具体地，含钒铁水入口、铁水出口和钒渣出口可以是转炉8的同一个炉口，也可以分别对应转炉8的多个炉口。
如图2所示，本发明还提供了一种使用前述的系统制备碳化钛的方法，其中，制备碳化钛的方法包括：
(1)采用含甲烷的还原气在气基竖炉中还原钒钛磁铁矿氧化球团得到钒钛矿海绵铁，还原温度为1000-1100℃。优选地，还原气中，甲烷含量为10-12V％，H2+CO>75V％，H2/CO的体积分数比为1.5。还原压力为0.2-0.5MPa。在还原过程中，在钒钛矿海绵铁的催化作用下，甲烷(CH4)分解生成炭黑(C)和氢气(H2)，反应如下：CH4＝C+2H2。其中，氢气作为还原剂还原钒钛磁铁矿氧化球团中铁氧化物；通过甲烷分解生成的炭黑可对钒钛矿海绵铁进行渗碳，作为后续生产碳化钛原料。由于CH4气体分解生成的C活性很高，而且粒度细，可以充分渗碳入孔隙率较高的钒钛矿海绵铁内部，因此在后续碳化工序实现碳化温度低，碳化速率快，碳化效率高等优点。还原后得到钒钛矿海绵铁金属化率大于92％，含碳量能够为4-5wt％，当钒钛矿海绵铁渗碳含量超过5wt％以后，钒钛矿海绵铁强度下降，易破碎。
(2)将钒钛矿海绵铁在熔分器中进行碳化熔分反应得到含钒铁水、富碳化钛炉渣和尾气，反应气体为氢气，反应温度为1700-1800℃。富碳化钛炉渣输送至分选提纯系统，尾气输送至气基竖炉作为步骤(1)中还原气的一部分。在此反应温度下，金属铁熔化成为铁水，氢气作为还原剂还原渣中的TiO2，反应如下：TiO2+H2＝TiO+H2O。反应产生的TiO在与炭黑反应生成碳化钛，反应如下：TiO+2C＝TiC+CO，同时还发生TiO2+C＝TiO+CO反应。反应时间为4-6h。该步骤中反应后的尾气经过脱水、脱碳后为CO和H2，可作为气基还原的还原气。在该步骤中，由于生成大量的高熔点化合物碳化钛，并弥散分布在炉渣中，导致炉渣粘度增大，不利于渣铁(即富碳化钛炉渣和液态铁)顺利分离。因此，可在碳化反应完成后，采用超重力分离熔分方法进一步为强化熔分渣铁分离效果，分离需要的离心力应为重力的1.5-2倍，分离时间为5-10min，依靠渣铁受到不同大小离心力，对渣铁进行强化分离。
(3)将富碳化钛炉渣在分选提纯系统中进行分选提纯得到碳化钛。
在一种实施方案中，为了给后续生产碳化钛提供充分炭黑，步骤(1)和步骤(2)之间还包括：(A)采用CO在渗碳炉中对钒钛矿海绵铁进行渗碳得到含碳量为7-10wt％的钒钛矿海绵铁，渗碳温度为650-700℃。该步骤反应为2CO＝C+CO2，由于该反应最佳反应温度为650-700℃，因此确定渗碳气温度范围为650-700℃。
在一种实施方案中，步骤(1)之前还包括制备钒钛磁铁矿氧化球团，其包括以下步骤：
(B)将钒钛磁铁矿、有机粘结剂和水以质量比为88-91:2-3:7-9在造球装置中进行混合造球得到钒钛磁铁矿球团。优选地，钒钛磁铁矿的品位为TFe为59-64wt％，TiO2为6-15wt％，V2O5为0.6-1wt％，其他脉石含量低于3wt％，粒度小于200目，其中小于300目占比达85％以上。更优选地，钒钛磁铁矿含TiO2为9-12wt％。有机粘结剂为羧甲基纤维素钠，降低了有机粘结剂对炉渣中TiO2品位的影响。
(C)将钒钛磁铁矿球团经干燥后在焙烧装置中进行焙烧得到钒钛磁铁矿氧化球团。优选地，焙烧温度为1200-1300℃，焙烧时间为15-25min。经过氧化焙烧可提高球团孔隙率。球团强度大于1800N/个，为保证后续渗碳充分，造球、焙烧得到的钒钛磁铁矿氧化球团孔隙率需达到20％以上。优选地，孔隙率为21-24％。
在一种实施方案中，步骤(3)的分选提纯包括以下步骤：
(D)将富碳化钛炉渣冷却后研磨成粉末。具体为富碳化钛炉渣在空气中冷却后，细磨成粒度为200目以下的粉末。
(E)将粉末在浮选装置中进行浮选分离得到碳化钛。优选地，浮选过程中采用的浮选药剂可为油酸、黄药、环烷酸，pH范围为1-7，pH调整剂为盐酸和氢氧化钠，经浮选后碳化钛品位可达到90％以上。
(F)采用盐酸、硫酸、磷酸和硝酸中的一种或多种在酸浸装置中对碳化钛进行提纯。由于碳化钛的化学性质非常稳定，常温下不溶于盐酸、硫酸、磷酸，微溶于王水、硝酸。因此为进一步得到高纯碳化钛产品，可采用盐酸、硫酸、磷酸、硝酸进行酸浸去除碳化钛中的杂质。
在一种实施方案中，步骤(3)之后还包括：
(G)将含钒铁水在转炉中进行提钒得到钒渣和半钢水。半钢水可继续进行炼钢，钒渣可进一步进行提钒。
实施例1
本实施例提供一种制备碳化钛的方法，具体步骤如下：
(11)将钒钛磁铁矿、粘结剂和水以质量比为88:3:9在所述造球装置中进行混合造球得到钒钛磁铁矿球团。所述钒钛磁铁矿的TF为59wt％，TiO2为13wt％。粘结剂为羧甲基纤维素钠。
(12)将所述钒钛磁铁矿球团经干燥后在焙烧装置中进行焙烧得到孔隙率为22％的所述钒钛磁铁矿氧化球团。所述焙烧温度为1250℃，所述焙烧时间为20min。该氧化球团的强度为1850N/个。
(13)采用含甲烷的还原气在所述气基竖炉中还原钒钛磁铁矿氧化球团得到钒钛矿海绵铁，还原温度为1000℃。所述还原气中，甲烷含量为12V％，H2+CO＝75V％，H2/CO的体积分数比为1.5。所述还原压力为0.5MPa。还原后得到钒钛矿海绵铁金属化率为93.2％，含碳量为4.1wt％。
(14)采用CO在所述渗碳炉中对所述钒钛矿海绵铁进行渗碳得到含碳量为10wt％的钒钛矿海绵铁，渗碳温度为700℃。
(15)将所述钒钛矿海绵铁在所述熔分器中进行碳化熔分反应得到含碳2.6wt％的含钒铁水、含83wt％碳化钛的富碳化钛炉渣和尾气，反应气体为氢气，反应温度为1700℃，反应时间为6h。采用超重力分离熔分方法进一步为强化熔分渣铁分离效果，分离需要的离心力为重力的2倍，分离时间为10min。所述富碳化钛炉渣输送至所述分选提纯系统，所述尾气输送至所述气基竖炉作为步骤(1)中所述还原气的一部分。
(16)将所述富碳化钛炉渣在空气中冷却后，细磨成粒度为200目以下的粉末。
(17)将所述粉末在所述浮选装置中进行浮选分离得到品位为96wt％的碳化钛。浮选药剂为油酸，pH为7。
(18)采用盐酸、硫酸以及硝酸的混合酸在所述酸浸装置中对所述碳化钛进行提纯得到提纯产品。
提纯产品即为高纯碳化钛粉体。用去离子水冲洗提纯产品，得到该碳化钛的纯度为99.85wt％，钛回收率为94.33％。铁回收率为93.52％。
实施例2
本实施例提供一种制备碳化钛的方法，具体步骤如下：
(11)将钒钛磁铁矿、粘结剂和水以质量比为91:2:7在所述造球装置中进行混合造球得到钒钛磁铁矿球团。所述钒钛磁铁矿的TF为61wt％，TiO2为10wt％。粘结剂为羧甲基纤维素钠。
(12)将所述钒钛磁铁矿球团经干燥后在焙烧装置中进行焙烧得到孔隙率为24％的所述钒钛磁铁矿氧化球团。所述焙烧温度为1250℃，所述焙烧时间为20min。该氧化球团的强度为1800N/个。
(13)采用含甲烷的还原气在所述气基竖炉中还原钒钛磁铁矿氧化球团得到钒钛矿海绵铁，还原温度为1050℃。所述还原气中，甲烷含量为11V％，H2+CO＝87V％，H2/CO的体积分数比为1.5。所述还原压力为0.3MPa。还原后得到钒钛矿海绵铁金属化率为92.7％，含碳量为4.5wt％。
(14)采用CO在所述渗碳炉中对所述钒钛矿海绵铁进行渗碳得到含碳量为8.7wt％的钒钛矿海绵铁，渗碳温度为680℃。
(15)将所述钒钛矿海绵铁在所述熔分器中进行碳化熔分反应得到含碳2.9wt％的含钒铁水、含77wt％碳化钛的富碳化钛炉渣和尾气，反应气体为氢气，反应温度为1750℃，反应时间为5h。采用超重力分离熔分方法进一步为强化熔分渣铁分离效果，分离需要的离心力为重力的1.8倍，分离时间为8min。所述富碳化钛炉渣输送至所述分选提纯系统，所述尾气输送至所述气基竖炉作为步骤(1)中所述还原气的一部分。
(16)将所述富碳化钛炉渣在空气中冷却后，细磨成粒度为200目以下的粉末。
(17)将所述粉末在所述浮选装置中进行浮选分离得到品位为94wt％的碳化钛。浮选药剂为黄药，pH为2。
(18)采用盐酸、硫酸、磷酸以及硝酸的混合酸在所述酸浸装置中对所述碳化钛进行提纯得到提纯产品。
提纯产品即为高纯碳化钛粉体。用去离子水冲洗提纯产品，得到该碳化钛的纯度为99.76wt％，钛回收率为94.71％。铁回收率为94.64％。
实施例3
本实施例提供一种制备碳化钛的方法，具体步骤如下：
(11)将钒钛磁铁矿、粘结剂和水以质量比为90:3:7在所述造球装置中进行混合造球得到钒钛磁铁矿球团。所述钒钛磁铁矿的TF为64wt％，TiO2为7wt％。粘结剂为羧甲基纤维素钠。
(12)将所述钒钛磁铁矿球团经干燥后在焙烧装置中进行焙烧得到孔隙率为21％的所述钒钛磁铁矿氧化球团。所述焙烧温度为1250℃，所述焙烧时间为20min。该氧化球团的强度为1900N/个。
(13)采用含甲烷的还原气在所述气基竖炉中还原钒钛磁铁矿氧化球团得到钒钛矿海绵铁，还原温度为1100℃。所述还原气中，甲烷含量为10V％，H2+CO＝86V％，H2/CO的体积分数比为1.5。所述还原压力为0.2MPa。还原后得到钒钛矿海绵铁金属化率为93.1％，含碳量为5％。
(14)采用CO在所述渗碳炉中对所述钒钛矿海绵铁进行渗碳得到含碳量为7wt％的钒钛矿海绵铁，渗碳温度为650℃。
(15)将所述钒钛矿海绵铁在所述熔分器中进行碳化熔分反应得到含碳3.2wt％的含钒铁水、含66wt％碳化钛的富碳化钛炉渣和尾气，反应气体为氢气，反应温度为1800℃，反应时间为4h。采用超重力分离熔分方法进一步为强化熔分渣铁分离效果，分离需要的离心力为重力的1.5倍，分离时间为5min。所述富碳化钛炉渣输送至所述分选提纯系统，所述尾气输送至所述气基竖炉作为步骤(1)中所述还原气的一部分。
(16)将所述富碳化钛炉渣在空气中冷却后，细磨成粒度为200目以下的粉末。
(17)将所述粉末在所述浮选装置中进行浮选分离得到品位为92wt％的碳化钛。浮选药剂为环烷酸，pH为1。
(18)采用盐酸、硫酸、磷酸以及硝酸的混合酸在所述酸浸装置中对所述碳化钛进行提纯得到提纯产品。
提纯产品即为高纯碳化钛粉体。用去离子水冲洗提纯产品，得到该碳化钛的纯度为99.69wt％，钛回收率为94.22％。铁回收率为93.16％。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述系统包括气基竖炉、熔分器和分选提纯系统，
所述气基竖炉包括钒钛磁铁矿氧化球团入口、还原气入口和钒钛矿海绵铁出口，
所述熔分器包括钒钛矿海绵铁入口、氢气入口、尾气出口、含钒铁水出口和富碳化钛炉渣出口，
所述分选提纯系统包括富碳化钛炉渣入口和碳化钛出口，
所述气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口连接所述熔分器的钒钛矿海绵铁入口，所述熔分器的尾气出口连接所述气基竖炉的还原气入口，所述熔分器的富碳化钛炉渣出口连接所述分选提纯系统的富碳化钛炉渣入口。
2.根据权利要求1所述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述系统还包括渗碳炉，所述气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口、所述渗碳炉和所述熔分器的钒钛矿海绵铁入口顺次连接，所述渗碳炉还包括一氧化碳入口。
3.根据权利要求1所述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述系统还包括造球系统，所述造球系统包括造球装置和焙烧装置，
所述造球装置包括原料入口和钒钛磁铁矿球团出口，
所述焙烧装置包括钒钛磁铁矿球团入口和钒钛磁铁矿氧化球团出口，
所述造球装置的钒钛磁铁矿球团出口连接所述焙烧装置的钒钛磁铁矿球团入口，所述焙烧装置的钒钛磁铁矿氧化球团出口连接所述气基竖炉的钒钛磁铁矿氧化球团入口。
4.根据权利要求1所述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述系统还包括转炉，所述转炉包括含钒铁水入口、铁水出口和钒渣出口，所述含钒铁水入口连接所述熔分器的含钒铁水出口。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，
所述熔分器为超重力熔分器，
所述分选提纯系统包括依次连接的浮选装置和酸浸装置。
6.一种使用权利要求1-5中任一项所述的系统制备碳化钛的方法，其特征在于，所述制备碳化钛的方法包括：
(1)采用含甲烷的还原气在所述气基竖炉中还原钒钛磁铁矿氧化球团得到钒钛矿海绵铁，还原温度为1000-1100℃；
(2)将所述钒钛矿海绵铁在所述熔分器中进行碳化熔分反应得到含钒铁水、富碳化钛炉渣和尾气，反应气体为氢气，反应温度为1700-1800℃，所述富碳化钛炉渣输送至所述分选提纯系统，所述尾气输送至所述气基竖炉作为步骤(1)中所述还原气的一部分；
(3)将所述富碳化钛炉渣在所述分选提纯系统中进行分选提纯得到碳化钛。
7.根据权利要求6所述的制备碳化钛的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)之间还包括：(A)采用CO在所述渗碳炉中对所述钒钛矿海绵铁进行渗碳得到含碳量为7-10wt％的钒钛矿海绵铁，渗碳温度为650-700℃。
8.根据权利要求6所述的制备碳化钛的方法，其特征在于，
步骤(1)之前还包括制备所述钒钛磁铁矿氧化球团，其包括以下步骤：
(B)将钒钛磁铁矿、有机粘结剂和水以质量比为88-91:2-3:7-9在所述造球装置中进行混合造球得到钒钛磁铁矿球团，
(C)将所述钒钛磁铁矿球团经干燥后在焙烧装置中进行焙烧得到所述钒钛磁铁矿氧化球团，所述钒钛磁铁矿氧化球团的孔隙率为20％以上；
步骤(3)所述的分选提纯包括以下步骤：
(D)将所述富碳化钛炉渣冷却后研磨成粉末，
(E)将所述粉末在所述浮选装置中进行浮选分离得到碳化钛，
(F)采用盐酸、硫酸、磷酸和硝酸中的一种或多种在所述酸浸装置中对所述碳化钛进行提纯。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的制备碳化钛的方法，其特征在于，
步骤(3)之后还包括：(G)将所述含钒铁水在所述转炉中进行提钒得到钒渣和半钢水；
步骤(2)还包括利用超重力分离所述含钒铁水和所述富碳化钛炉渣。
10.根据权利要求9所述的制备碳化钛的方法，其特征在于，
步骤(1)的所述还原气中，甲烷含量为10-12V％，H2+CO>75V％，H2/CO的体积分数比为1.5，所述还原压力为0.2-0.5MPa；
步骤(2)中所述反应时间为4-6h，所述超重力分离的离心力为重力的1.5-2倍，所述超重力分离时间为5-10min；
步骤(B)中所述钒钛磁铁矿的品位为TFe为59-64wt％，TiO2为6-15wt％，V2O5为0.6-1wt％，其他脉石含量低于3wt％，粒度小于200目，其中小于300目占比达85％以上，所述有机粘结剂为羧甲基纤维素钠；
步骤(C)中所述焙烧温度为1200-1300℃，所述焙烧时间为15-25min；
步骤(D)中所述粉末粒度为200目以下；
步骤(E)中所述浮选药剂为油酸、黄药或环烷酸，pH范围为1-7，pH调节剂为盐酸和/或氢氧化钠。
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