CN109136588A - 一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金技术直接还原技术领域，尤其涉及一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法。该方法以钛精矿氧化球团为原料，将其放入气基竖炉中利用还原气进行直接还原后，再送至中频感应炉内进行熔分，得到生铁和高钛渣，其中得到的生铁中铁的回收率大于97％，高钛渣中TiO2的回收率大于95％。该方法流程短且衔接紧凑，生产效率高，综合能耗低，为钛精矿高效清洁综合利用提供了新方法。

Description

一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术直接还原领域，尤其涉及一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法。
背景技术
钛在航空航天、生物医学、车辆工程等领域具有重要的利用价值和广阔的应用前景。我国攀枝花地区的钛矿储量最大，占国内总储量的48％，但多为矿物结构致密且固溶了较高含量的钙和镁的岩矿，故选出的钛精矿品位低，非铁钛杂质含量高。钛精矿中的钙主要以斜长石和钛辉石两种形式存在，镁则主要以斜长石和(Mg，Fe)TiO3类质同象的形式存在，故钛精矿的物相组成和矿物结构十分复杂，属于典型的难处理共(伴)生复杂含铁资源。
目前工业中由钛精矿生产高品位富钛料的方法主要有：煤基还原-电炉熔炼法、选择氯化法、还原锈蚀法和酸浸法。(1)煤基还原-电炉熔炼法：工艺流程短，工厂占地面积小，副产品生铁可直接进行冶炼，但该方法能耗高，碳排放大，钛渣受到固体还原剂灰分及杂质影响，品位低，活性差；(2)选择氯化法：工艺简单，电耗小，产能大，易实现连续生产，渣铁分离彻底，但处理含钙、镁较高的钛铁矿时，难以解决CaCl2、MgCl2在炉底富集结料的问题，产生的FeCl3易恶化沸腾，Cl2和HCl对设备腐蚀严重，尾气难以处理；(3)还原锈蚀法：流程简单，成本低，污染小，但是该方法仅适用于处理高品位的海滨矿砂，我国大部分钛精矿并不适用于该工艺；(4)酸浸法：可有效去除铁、镁、铝、锰等杂质，获得高品位(90～96％)的人造金红石，但副流程长，并且还需排放大量液体废料。
专利CN 102399994B公开了一种冶炼钛渣的方法，该方法将钛精矿、粘结剂、碳质还原剂的混合物制成球团矿或压团块，使用环形炉或转底炉预还原球团矿或压团矿制得金属化球团或金属化压团，而后采用电炉熔分得到半钢和钛渣，这种方法属于典型的煤基还原-电炉熔炼工艺，碳质还原剂中的灰分及杂质对钛渣品位及活性不利；其次大量使用碳质还原剂，熔分炉渣TiO2含量高，易形成高熔点碳化钛，影响炉渣黏度，不利于铁与钛渣高效分离；同时转底炉或环形炉以辐射传热为主，热效率不高，采用其进行团块还原，能耗大，产品金属化率难以提高，加大熔分负荷。专利CN106591600A公开了一种低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，这种方法利用粉状料进行气基还原，其产能和处理量受限，并且在采用粉料进行生产时，由于粉料粒度较细，直接入炉生产难于控制，不利于维持还原炉的稳定性，另外该方法在熔分过程中加入熔融催化剂Na2CO3，其中，Na+对电炉炉衬影响较大，会加剧炉衬侵蚀。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对以上钛精矿冶炼过程中存在的问题，本发明提供一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法，这种方法以气基竖炉为主要设备，气基竖炉具有环境友好、能耗低、单机产能大、生产灵活等优势，随着煤制气技术逐渐成熟，我国具有发展煤制气-气基竖炉直接还原工艺所涉及的化工、冶金、装备制造等学科、行业技术基础，煤制气-竖炉直接还原工艺是我国直接还原发展的主导方向。本发明充分考虑钛精矿的基础特性，将气基竖炉直接还原-熔分工艺应用于钛精矿利用，符合我国绿色低碳冶金的大背景，为我国钛精矿资源高效清洁综合利用提供新思路，具有重要意义。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法，以气基竖炉为主要设备，采用钛精矿氧化球团为主要原料，利用还原气进行直接还原，而后采用中频感应炉进行熔分处理，所使用的钛精矿氧化球团的强度不低于2500N，并采用以下步骤进行生产：
(1)将钛精矿氧化球团加入到气基竖炉中，同时向竖炉内持续通入还原气体，进行直接还原后制得钛精矿金属化球团；
(2)将气基竖炉直接还原后得到的钛精矿金属化球团送至中频感应炉内，并向炉内加入还原剂和助熔剂，控制熔分过程气氛为真空或氩气气氛，熔分后实现渣铁分离，得到生铁和高钛渣。
具体地，还原温度控制在950～1100℃，还原时间不低于60min。
具体地，通入的还原气体流量为4～6m3/m2·min，还原气中H2+CO的体积比不低于93％，H2和CO的摩尔比为2.0～4.0。
具体地，熔分温度控制在1550～1650℃，熔分时间为20～30min。
具体地，还原剂为活性炭或兰炭中的一种，还原剂的加入比例需保证还原剂中固定碳和钛精矿金属化球团中FeO的摩尔比为0.8～1.2。
具体地，所述助熔剂为生石灰，生石灰的加入比例需保证熔分过程中炉渣二元碱度为0.6～1.1。
本发明的优点在于：
(1)兼顾钛精矿的基础特性，采用钛精矿气基竖炉直接还原-熔分新工艺，改进了现有煤基还原-电热熔分等工艺的不足。使用清洁气体作为还原剂，反应速率快，且由于未受到还原剂中灰分及杂质的污染，得到的钛渣品位高，活性大。
(2)通过气基竖炉直接还原，钛精矿金属化球团金属化率高，残留的FeO含量少，熔分过程中配入灰分及杂质少的活性炭或兰炭作为还原剂，有利于维持炉渣良好流动性，改善熔分动力学条件，促进渣铁高效分离。
(3)整个工艺流程简单、环境负荷低、能耗小、有价组元回收率高、工序可操作性强，实现了钛精矿中铁与钛高效分离，获得高品质富钛渣，可用于钛精矿的高效清洁综合利用。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会在描述中更为清楚，但这些实施例仅是范例性质的，并不对本发明的范围构成任何限制。
实施例一
以某钛精矿氧化球团为原料，其中铁品位TFe为34.17％、FeO的质量分数为0.13％，TiO2的质量分数为40.56％，抗压强度大于2500N。
实施步骤如下：
(1)气基竖炉直接还原：将钛精矿氧化球团加入竖炉中，同时向竖炉内持续通入5m3/m2·min还原气体，还原气中H2+CO的体积比为93％，H2和CO的摩尔比2.0，控制还原温度1000℃，还原时间60min，依此获得的钛精矿金属化球团，其金属化率为93.25％。
(2)熔分：将气基竖炉直接还原后的钛精矿金属化球团送至中频感应炉内，并向炉内加入活性炭作为还原剂，加入的比例要保证活性炭中的固定碳和钛精矿金属化球团中的FeO的摩尔比为0.8；
加入生石灰作为助熔剂，加入的比例要保证熔分过程中炉渣二元碱度为0.8。
控制熔分过程气氛为真空或氩气气氛，控制熔分温度为1575℃，熔分时间为20min，得到生铁和高钛渣，生铁中铁的回收率为97.96％，高钛渣中TiO2的回收率为95.48％。
实施例二
仍以实施例一中铁品位TFe为34.17％、FeO的质量分数为0.13％，TiO2的质量分数为40.56％，抗压强度大于2500N的钛精矿氧化球团为原料。
实施步骤如下：
(1)气基竖炉直接还原：将钛精矿氧化球团从竖炉顶部加入，同时向竖炉内持续通入5m3/m2·min还原气体，还原气中H2+CO的体积比为94％，H2和CO的摩尔比2.5，控制还原温度1050℃，还原时间60min，依此获得的钛精矿金属化球团，其金属化率为94.73％。
(2)熔分：将气基竖炉直接还原后的钛精矿金属化球团送至中频感应炉内，并向炉内加入活性炭作为还原剂，加入比例保证要保证活性炭中的固定碳和钛精矿金属化球团中的FeO的摩尔比为1.0；
加入生石灰作为助熔剂，加入的比例要保证熔分过程中炉渣二元碱度为0.8。
控制熔分过程气氛为真空或氩气气氛，控制熔分温度为1600℃，熔分时间为20min，得到生铁和高钛渣，生铁中铁的回收率为98.53％，高钛渣中TiO2的回收率为96.25％。
实施例三
仍以实施例一中铁品位TFe为34.17％、FeO的质量分数为0.13％，TiO2的质量分数为40.56％，抗压强度大于2500N的钛精矿氧化球团为原料。
实施步骤如下：
(1)气基竖炉直接还原：将钛精矿氧化球团从竖炉顶部加入，同时向竖炉内持续通入5m3/m2·min还原气体，还原气中H2+CO的体积比为94％，H2和CO的摩尔比3.0，控制还原温度1100℃，还原时间70min，依此获得的钛精矿金属化球团，其金属化率为95.93％。
(2)熔分：将气基竖炉直接还原后的钛精矿金属化球团送至中频感应炉内，并向炉内加入活性炭作为还原剂，加入的比例要保证活性炭中的固定碳和钛精矿金属化球团中的FeO的摩尔比为1.0；
加入生石灰作为助熔剂，加入的比例要保证熔分过程中炉渣二元碱度为0.9。
控制熔分过程气氛为真空或氩气气氛，控制熔分温度为1650℃，熔分时间为25min，得到生铁和高钛渣，生铁中铁的回收率为99.12％，高钛渣中TiO2的回收率为97.63％。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修改，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法，以气基竖炉为主要设备，采用钛精矿氧化球团为主要原料，利用还原气进行直接还原，而后采用中频感应炉进行熔分处理，其特征在于：所使用的钛精矿氧化球团的强度不低于2500N，并采用以下步骤进行生产：
(1)将钛精矿氧化球团加入到气基竖炉中，同时向竖炉内持续通入还原气体，进行直接还原后制得钛精矿金属化球团；
(2)将气基竖炉直接还原后得到的钛精矿金属化球团送至中频感应炉内，并向炉内加入还原剂和助熔剂，控制熔分过程气氛为真空或氩气气氛，熔分后实现渣铁分离，得到生铁和高钛渣。
2.根据权利要求1中所述的一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法中的步骤(1)，其特征在于：
还原温度控制在950～1100℃，还原时间不低于60min。
3.根据权利要求1中所述的一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法中的步骤(1)，其特征在于：
通入的还原气体流量为4～6m3/m2·min，还原气中H2+CO的体积比不低于93％，H2和CO的摩尔比为2.0～4.0。
4.根据权利要求1中所述的一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法中的步骤(2)，其特征在于：
熔分温度控制在1550～1650℃，熔分时间为20～30min。
5.根据权利要求1中所述的一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法中的步骤(2)，其特征在于：
所述还原剂为活性炭或兰炭中的一种，还原剂的加入比例需保证还原剂中固定碳和钛精矿金属化球团中FeO的摩尔比为0.8～1.2。
6.根据权利要求1中所述的一种钛精矿气基竖炉直接还原制取高钛渣的方法中的步骤(2)，其特征在于：
所述助熔剂为生石灰，生石灰的加入比例需保证熔分过程中炉渣二元碱度为0.6～1.1。
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