CN109385532A - 回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金材料回收利用领域，具体涉及一种回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法。针对钛渣除尘灰产量大，堆弃易造成环境污染，缺乏有效的利用途径的问题，本发明提供一种回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，包括以下步骤：a、将钛渣除尘灰、碳质还原剂混合制备球团，干燥球团；b、将干燥球团还原熔炼，得到铁水和含钛渣；c、出铁后，加入铝质还原剂和石灰，进一步还原含钛渣，出炉，分离炉渣，得到钛硅铁合金。本发明通过将钛渣除尘灰、碳质还原剂混合制备成球团，解决了钛渣除尘灰粒径小的问题，能有效回收利用其中的铁、钛和硅元素。本发明综合利用了钛渣除尘灰，缓解了环境压力，节约了成本，经济效益显著。

Description

回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法。
背景技术
钛渣是钛精矿经电炉冶炼，TiO2被富集到70％以上的富钛料，可用作硫酸法钛白、氯化法钛白和海绵钛的生产原料。随着国内钛产业的迅速发展，对钛渣的需求也越来越大。
国内钛渣生产基本上采用钛精矿粉矿直接入炉的冶炼方式，电炉也多为敞开式和半密闭式，飞扬损失严重，烟气含尘量较高，生产过程中会收集到大量的除尘灰。根据某钛渣冶炼厂统计，每生产1吨钛渣约产生85～100kg的除尘灰，若生产1万吨的钛渣，除尘灰产量将达到850～1000吨。这些除尘灰中含有大量的铁、钛、硅氧化物，其中TiO2含量20％～45％、FeO+Fe2O3含量20～40％、SiO2含量10％～40％不等。
目前，这些除尘灰并未得到有效的利用，通常，钛渣厂将这些除尘灰拉至固废物堆放点堆放处理，这需要昂贵的运输及处置费用。除尘灰的堆放不但会污染环境，还会导致其中的铁/钛/硅氧化物得不到利用，造成了资源的大量浪费。根据除尘灰的产出比例和TiO2品位计算，每生产1万吨钛渣，会损失250～300吨的TiO2，相当于浪费钛精矿556～667吨，造成经济损失80万～100万元。另外，还有大量的铁、硅等资源也被浪费掉。
因此，行业内急需开发一种能够有效利用钛渣除尘灰中铁、钛、硅元素的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：钛渣除尘灰产量大，堆弃易造成环境污染，缺乏有效的利用途径的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法。该方法包括以下步骤：
a、将钛渣除尘灰、碳质还原剂混合制备球团，干燥球团；
b、将干燥球团还原熔炼，得到铁水和含钛渣；
c、出铁后，加入铝质还原剂和石灰，进一步还原含钛渣，出炉，分离炉渣，得到钛硅铁合金。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤a所述钛渣除尘灰为TiO2含量20～45wt％，FeO+Fe2O3含量20～40wt％，SiO2含量10～40wt％的钛渣除尘灰。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤a所述碳质还原剂为煤、焦炭、石油焦或石墨中的至少一种。所述碳质还原剂添加量为钛渣除尘灰重量的10～20％。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤a在制备球团时还加入了含钛物料，所述含钛物料的添加量为钛渣除尘灰的5～30％。
进一步的，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，加入含钛物料时，碳质还原剂添加量为钛渣除尘灰和含钛物料总重量的10～20％。
进一步的，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，所述的含钛物料为钛精矿或含钛铁精矿。所述钛精矿为TiO2为35～65wt％，全铁含量20～45wt％的钛精矿，所述含钛铁精矿为TiO2为10～35wt％，全铁含量为45～55wt％的含钛铁精矿。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤a所述干燥球团的干燥温度为120～350℃，干燥时间为30～120分钟。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤b所述还原温度为1400～1700℃，还原时间为3～8小时。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤c所述出铁时保留5～10wt％的铁水。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤c所述铝质还原剂为铝含量≥80％的颗粒铝或铝合金。加入量为钛渣除尘灰与含钛物料总重量的20～40％。优选为25～35％。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤c所述石灰加入量为钛渣除尘灰与含钛物料总重量的10～50％。优选为20～40％。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤c所述还原温度为1500～1800℃，还原时间为1～5小时。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种回收钛渣除尘灰中钛、硅、铁的方法，上述三种元素可占除尘灰的75～80％，因此可综合利用除尘灰。本发明制得的钛硅铁合金可以作为钛合金剂添加到钢铁生产中，最终实现了钛渣除尘灰的资源化利用。本发明可提高钛精矿中钛、铁的回收率，钛收率可由93％提高至98％以上，铁收率可由94％提高至98％以上，提高钛矿资源的综合利用率，对解决企业环保生存压力，减少资源浪费，促进我国钛产业的发展具有重要的意义。
具体实施方式
本发明提供了一种回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，包括以下步骤：
a、将钛渣除尘灰、碳质还原剂混合制备球团，干燥球团；
b、将干燥球团还原熔炼，得到铁水和含钛渣；
c、出铁后，加入铝质还原剂和石灰，进一步还原含钛渣，出炉，分离炉渣，得到钛硅铁合金。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤a所述钛渣除尘灰为TiO2含量20～45wt％，FeO+Fe2O3含量20～40wt％，SiO2含量10～40wt％的钛渣除尘灰。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤a所述碳质还原剂为煤、焦炭、石油焦或石墨中的至少一种。为了充分还原除尘灰中的铁，所述碳质还原剂添加量为钛渣除尘灰重量的10～20％。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤a在制备球团时还加入了含钛物料，本发明加入含钛物料主要是为了调节铁、钛、硅成分，并且由于含钛物料颗粒粗，便于造球，为了节约成本，又能更好的造球，所述含钛物料的添加量为钛渣除尘灰的5～30％。
进一步的，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，加入含钛物料时，碳质还原剂添加量为钛渣除尘灰和含钛物料总重量的10～20％。
进一步的，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，所述的含钛物料为钛精矿或含钛铁精矿。所述钛精矿为TiO2为35～65wt％，全铁含量20～45wt％的钛精矿，所述含钛铁精矿为TiO2为10～35wt％，全铁含量为45～55wt％的含钛铁精矿。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤a所述干燥球团的干燥温度为120～350℃，干燥时间为30～120分钟。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，为了在低能耗下达到好的还原效果，步骤b所述还原温度为1400～1700℃，还原时间为3～8小时。还原温度过高，能耗大；还原温度过低，起不到还原效果，不能把铁与渣分离开来。还原时间过长，能耗高；还原时间过短，还原不充分。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，为了回收利用铁，制备钛硅铁合金，步骤c所述出铁时保留5～10wt％的铁水。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，步骤c所述铝质还原剂为铝含量≥80％的颗粒铝或铝合金。本发明加入铝质还原剂时为了将除尘灰中铁、钛的氧化物还原为单质的铁、钛，以便生产合金。为了充分的将金属氧化物还原成单质，加入量为钛渣除尘灰与含钛物料总重量的20～40％。优选为25～35％。
本发明中，石灰作为调渣剂，能够调节熔渣成分和流动性，使熔渣与合金能更好的分离。为了达到更好的调渣效果，本发明石灰加入量为钛渣除尘灰与含钛物料总重量的10～50％。优选为20～40％。
其中，上述回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法中，还原温度过高，能耗大；还原温度过低，起不到还原效果，不能还原制备出合金来。还原时间过长，能耗高，还原时间过短，还原不充分。为了降低能耗、充分还原，步骤c所述还原温度为1500～1800℃，还原时间为1～5小时。
本发明提供了一种回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，将钛渣除尘灰与碳质还原剂混合制备成球团，解决了钛渣除尘灰粒度太细，无法直接回收利用的问题。碳质还原剂一方面能作为粗颗粒料，便于造球，另一方面，还可以将除尘灰中的铁还原出来，回收利用铁。同时，本发明还进一步的加入了铝质还原剂和石灰，分别还原除尘灰中的钛、铁氧化物为单质的钛、铁，便于制备钛硅铁合金。通过本发明的技术方案，除尘灰中的铁、钛、硅都得到了有效利用，等于利用了除尘灰的75～80％的有益元素，利用价值高，极大的节约了成本。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1用本发明方法回收钛渣除尘灰中的铁、钛、硅
实施例1处理的钛渣除尘灰中TiO2含量为20％，FeO含量为5％，Fe2O3含量为28％，SiO2含量为35％；将钛渣除尘灰与无烟煤混合造球，钛渣除尘灰：无烟煤的比例为100︰10。钛渣除尘灰球团在电弧炉中高温还原，使铁氧化物大部分还原为金属铁，打开出铁口，出铁并保留10％的铁水在电炉内，堵住出铁口，重新送电至含钛渣熔融后，加入铝质还原剂进行还原反应，同时加入石灰调节炉渣碱度及流动性。加入的铝质还原剂重量为钛渣除尘灰与钛精矿重量之和的25％，石灰用量为20％。控制反应温度在1500～1800℃，待反应完毕后，精炼出炉，冷却制得钛硅铁合金，其主要成分为Ti：41％，Si：38％，Fe：15％。
实施例2用本发明方法回收钛渣除尘灰中的铁、钛、硅
实施例2处理的钛渣除尘灰中TiO2含量为35％，FeO含量为4％，Fe2O3含量为32％，SiO2含量为20％；将钛渣除尘灰与含钛铁精矿混合造球，其中，含钛铁精矿TiO2含量15％，TFe含量为55％。钛渣除尘灰：含钛铁精矿：焦炭的比例为100︰10︰15。钛渣除尘灰球团在电弧炉中高温还原，使铁氧化物大部分还原为金属铁，打开出铁口，出铁，保留5％的铁水在电炉内，堵住出铁口，重新送电至含钛渣熔融后，加入铝质还原剂进行还原反应，同时加入石灰调节炉渣碱度及流动性。加入的铝质还原剂重量为钛渣除尘灰与铁精矿重量之和的30％，石灰用量为30％。控制反应温度在1500～1800℃，待反应完毕后，精炼出炉，冷却制得钛硅铁合金，其主要成分为Ti：54％，Si：29％，Fe：12％。。
实施例3用本发明方法回收钛渣除尘灰中的铁、钛、硅
本实施例处理的钛渣除尘灰中TiO2含量为45％，FeO含量为6％，Fe2O3含量为26％，SiO2含量为10％；将钛渣除尘灰与钛精矿混合造球，其中，钛精矿TiO2含量50％，TFe含量为30％。钛渣除尘灰：钛精矿：焦炭的比例为100︰30︰20。钛渣除尘灰球团在电弧炉中高温还原，使铁氧化物大部分还原为金属铁，打开出铁口，出铁，保留5％的铁水在电炉内，堵住出铁口，重新送电至含钛渣熔融后，加入铝质还原剂进行还原反应，同时加入石灰调节炉渣碱度及流动性。加入的铝质还原剂重量为钛渣除尘灰与钛精矿重量之和的40％，石灰用量为40％。控制反应温度在1500～1800℃，待反应完毕后，精炼出炉，冷却制得钛硅铁合金，其主要成分为Ti：71％，Si：15％，Fe：7％。
由实施例可看出，本发明通过将钛渣除尘灰与碳质还原剂混合制备成球团后，能够有效利用钛渣除尘灰中的Fe、Ti和硅等有益元素，制备得到铁水和钛硅铁合金。本发明综合利用了钛渣除尘灰，使得钛精矿中的总体铁、钛收率或利用率得到提高，钛收率至少可以提高3～5个百分点，铁收率4～5个百分点。
按生产1吨钛渣产生除尘灰100kg计算，原来除尘灰未得到利用，则生产1吨钛渣，有20～45kg的二氧化钛、20～40kg的氧化铁、10～40kg的二氧化硅被损失掉。本发明中提及的收率是指钛精矿冶炼钛渣中铁、钛元素的收率，在冶炼过程中约损失了5％左右的铁、钛进入了灰尘中，导致了铁、钛收率不高。本发明又充分利用了这部分资源，综合利用率得到了提高。

Claims (10)

1.回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将钛渣除尘灰、碳质还原剂混合制备球团，干燥球团；
b、将干燥球团还原熔炼，得到铁水和含钛渣；
c、出铁后，加入铝质还原剂和石灰，进一步还原含钛渣，出炉，分离炉渣，得到钛硅铁合金。
2.根据权利要求1所述的回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于：步骤a所述钛渣除尘灰为TiO2含量20～45wt％，FeO+Fe2O3含量20～40wt％，SiO2含量10～40wt％的钛渣除尘灰。
3.根据权利要求1所述的回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于：步骤a所述碳质还原剂为煤、焦炭、石油焦或石墨中的至少一种；所述碳质还原剂添加量为钛渣除尘灰重量的10～20％。
4.根据权利要求1所述的回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于：步骤a在制备球团时还加入了含钛物料，所述含钛物料的添加量为钛渣除尘灰的5～30％。
5.根据权利要求1所述的回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于：加入含钛物料时，碳质还原剂添加量为钛渣除尘灰和含钛物料总重量的10～20％。
6.根据权利要求1所述的回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于：所述的含钛物料为钛精矿或含钛铁精矿。
7.根据权利要求1所述的回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于：步骤b所述还原温度为1400～1700℃，还原时间为3～8小时。
8.根据权利要求1所述的回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于：步骤c所述铝质还原剂为铝含量≥80％的颗粒铝或铝合金，加入量为钛渣除尘灰与含钛物料总重量的20～40％。
9.根据权利要求1所述的回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于：步骤c所述石灰加入量为钛渣除尘灰与含钛物料总重量的10～50％。
10.根据权利要求1所述的回收钛渣除尘灰中铁、钛、硅的方法，其特征在于：步骤c所述还原温度为1500～1800℃，还原时间为1～5小时。
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