CN110342517B - 一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法 - Google Patents

一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110342517B
CN110342517B CN201910631607.2A CN201910631607A CN110342517B CN 110342517 B CN110342517 B CN 110342517B CN 201910631607 A CN201910631607 A CN 201910631607A CN 110342517 B CN110342517 B CN 110342517B
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium
molten salt
vanadium
percent
solid carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910631607.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110342517A (zh
Inventor
胡文韬
焦树强
刘欣伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201910631607.2A priority Critical patent/CN110342517B/zh
Publication of CN110342517A publication Critical patent/CN110342517A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110342517B publication Critical patent/CN110342517B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/921—Titanium carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/006—Starting from ores containing non ferrous metallic oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00—Obtaining refractory metals
    • C22B34/20—Obtaining niobium, tantalum or vanadium
    • C22B34/22—Obtaining vanadium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Abstract

本发明属于冶炼领域，具体涉及一种利用还原性熔盐浴生产铁、钒单质和碳化钛的方法。本发明首先将钒钛磁铁矿与低挥发分固体炭混合置于熔盐浴中，构造“还原性熔盐浴”反应系统，配合阶段性升温制度将钒钛磁铁矿中的铁、钒分步还原为单质铁、钒；将钛矿物碳化为碳化钛或者碳氧化钛。熔盐浴的最高保温温度为1148℃～1199℃，反应后的产物以单质铁、钒，铁‑钒合金或者碳化钛、碳氧化钛颗粒形态存在。产物颗粒密度大，容易沉于反应器底部。借助反应器的气压调节机构，将含有反应物的下层熔盐压出，之后利用多孔板分离固态的产物颗粒和液体熔盐，再以磁选从固态产物中分离出铁、钒金属、合金，最后以涡电流分选方式从残余物中分离出碳化钛颗粒。

Description

一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法
技术领域
本发明属于矿物加工领域，涉及一种利用还原性熔盐浴生产铁、钒单质和碳化钛的方法。
背景技术
碳化钛具有耐高温、高强度、耐腐蚀、高导热等诸多优异性能，被广泛应用于金属陶瓷、切削刀具材料、耐磨耐火材料、耐热合金等诸多领域。与此同时，钒钛磁铁矿是我国最重要的含钛资源，但目前尚不能用其生产碳化钛。本发明以钒钛磁铁矿为主要原料，可通过1次加热直接生产高品质碳化钛粉末，同时附产钒渣、颗粒状单质铁和钢，实现钒钛磁铁矿中铁、钛、钒元素的综合利用。
中国发明专利CN107653353A公开了一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统。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。该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。
中国发明专利CN108998609A公开了一种利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼钒钛磁铁矿的方法，将经过预热和预还原后的钒钛磁铁矿通过HIsmelt熔融还原炉的矿枪直接喷吹入炉，控制热风温度、热风含氧量、矿粉喷吹量、煤粉喷吹量以及熔剂喷吹量，控制炉渣中FeO百分比含量，遏制TiO2的过还原反应，降低炉渣与铁水中碳化钛TiC、氮化钛TiN以及碳氮化钛TiCN的生成。该发明可避免铁水和炉渣中高熔点固体质点碳化钛、氮化钛以及碳氮化钛的生成，从而实现全钒钛矿冶炼，解决高炉渣中TiO2由于品位较低而无法继续利用的技术难题。
中国发明专利CN101113495公开了一种从高钛型钒铁精矿中提取铁钛钒的方法，以钒钛磁铁矿为原料，先后采用高炉(或电炉)、转炉、电炉和流化床等设备分离铁、钛、钒和铬。该方法首先采用高炉或者电炉炼铁，生产含钒铬铁水和含钒富铁渣；再用转炉吹炼含钒铬铁水，生产钢水和含钒铬钢渣；将炼铁和炼钢过程中产生的富钛渣合并，用电炉熔融选择还原碳化，生产碳化钛钒铬渣；碳化钛钒铬渣用流化床低温选择性氯化，制取含钒碳化钛l4和附产含CrCl3的氯化残渣；用环烯烃或者环烷酸直接还原溶于碳化钛l4中VOCl3，生成不溶于碳化钛l4的VOCl2，而精制碳化钛l4并附产富钒碳化钛l4泥浆；从富钒碳化钛l4泥浆中提取V。该发明的工艺过程中生成了碳化钛，但与与钒、铬和炉渣共同赋存于碳化钛钒铬渣之中。这些碳化钛在后续的提纯工序中被氯化生成碳化钛l4，故不能制备出独立的碳化钛产品。
中国发明专利CN101575677A公开了一种利用钛矿生产富铁料和钢铁制品的方法。该发明可以各种钒钛磁铁矿为原料，经分选后得精矿，按一定比例与粘结剂和碳质还原剂混匀后造球，经预还原后形成金属化球团，进高炉或矿热炉冶炼生产钛渣和天然合金铁水；钛渣经破碎磨矿重选得酸溶性富钛料；钛渣或酸溶性富钛料进入火法冶金选矿过程，生产人造金红石和微晶玻璃：人造金红石富钛料和煤细磨后按一定比例混合配加粘结剂制成含炭钛粒，在焙烧炉内焙烧冷却后，筛分成+0.3mm～1.4mm粒级含炭金红石富铁料：天然合金铁水经转炉双联法吹炼得钒铬渣，再用湿法提取钒铬；制得的天然合金铁水，或经脱硫高压水雾化成铁粒，精还原磨碎后得合金铁粉；或经脱硫增碳，钢包精炼，高压水雾化成钢粒，经磁选还原退火磨碎得合金钢粉；或经脱硫增碳，钢包精炼，电渣重熔，水压机锻压得合金钢。
中国发明专利CN1696325A公开了一种利用红格钒钛磁铁矿生产钒、钛系列合金生铁的方法。该发明选用攀西红格钒钛磁铁精矿为原料，首先将重量百分比为SiO2 1～5％，钒钛磁铁精矿95～99％混匀并烧结，冶炼后炉渣中的TiO2的含量<23％，铁水经中频炉调质后直接用于铸造。该发明不通过氧化吹炼提取有价金属，而是直接将含各种合金元素的生铁用于铸造。
中国发明专利CN101665871A公开了一种生产碳化铁渣的方法，该发明以高炉钛渣、低品位钛矿，及冶炼过程中返回的除尘灰和钛渣为原料，首先用电炉加热含有高炉钛渣、低品位钛矿，及包含炭质还原剂和除尘灰和钛渣的球团。其中，高炉钛渣以900～1450℃的热态加入，使碳质还原剂与原料中的钛、铁元素分别反应生成碳化钛和铁单质，经熔分后分离。
中国发明专利CN101734659A公开了一种高频感应碳热还原制备碳化铁粉的方法。该发明采用高频感应炉以钛白粉和碳粉为原料，首先将钛白粉和碳粉按质量比为20：9～21混匀，经破碎压块后加入感应炉内，控制电流为400～600A加热至1600-1800℃保温10～50min，使物料发生碳热还原反应，制得<1μm的亚微米级碳化钛粉。
中国发明专利CN102491328A公开了一种碳化钛粉体及其制备方法。该发明以分析纯二氧化钛、铝粉或镁粉、石墨或炭黑，及锂的卤化物为原料，首先将质量分数10～25％的铝粉或镁粉、0.5～2％的土状石墨粉或炭黑、5～20％的TiO2和60～80％的锂的卤化物为原料混合均匀；再将混合均匀的原料置于管式电炉内，在氧气气氛下以2～80℃/min的升温速率升至900～1100℃，保温1～5h，然后将所得产物放入浓度为2～4mol/L的盐酸中浸泡3～6h，过滤，用去离子水清洗至清洗液的pH值为7.0；最后在110℃条件下干燥10～24h，即得碳化钛粉体。该发明具有反应温度低、工艺简单、合成过程可控和生产成本低等特点：所制备的碳化铁粉体结晶好，产物纯度高、无杂相，粉体粒度为100～400nm。
中国发明专利CN101643805A公开了一种优质高钛渣生产新方法。该发明以钛铁矿为原料，首先将钛铁精矿100份、无烟煤粉8～9份、粘合剂3～5份、添加剂2～3份均匀混合并制成球团，再将球团投入反应炉中的熔炼区，经过快速熔融、滚动强化还原、沉降分离工艺流程。全过程处于高功率状态运行，工艺流程短。该发明可抑制TiO2在高温下与碳的反应，使之在中温下与碳逐渐反应生成TiO和碳化钛，同时使铁、硅、锰等元素的氧化物快速被碳还原，产品中TiO2含量达85％以上。
可见，现有技术尚不能以钒钛磁铁矿为原料生产碳化钛。目前主要采用含钛原料与含炭混合碳化的方式生产碳化钛。
发明内容
本发明提供了一种利用还原性熔盐浴生产颗粒铁和碳化钛的方法，将钒钛磁铁矿与低挥发分固体炭(石墨粉、石油焦)混合投入熔盐浴，利用熔盐将钒钛磁铁矿中的铁、钒、钛组分溶解，在固体炭颗粒表面铁、钒离子被还原为金属，钛离子与碳结合形成碳化钛。反应结束后利用多孔板分离固态的产物颗粒和液体熔盐，再以磁选方式从固态产物中分离出铁、钒金属、合金，最后以涡电流分选方式从残余物中分离出碳化钛颗粒。
一种利用还原性熔盐浴生产颗粒铁和碳化钛的方法，其特征在于：将钒钛磁铁矿与低挥发分固体炭混合投入熔盐浴，熔盐选择无机盐，利用熔盐溶解钒钛磁铁矿中的铁、钒、钛，使之以自由离子形态进入熔盐；铁、钒离子在固体炭颗粒表面被还原为金属，钛离子与碳结合形成碳化钛或碳氧化钛；反应结束后利用多孔板从固态产物中滤除大部分液体熔盐，利用磁选从固体产物中分离出金属铁和钒，水洗后得到高品质碳化钛或者碳氧化钛；固体炭的种类为石墨粉或石油焦，组成满足下述条件之一：(1)固体炭的挥发分在0.001～0.01％之间、灰分在0.01～0.1％之间、硫分在0.001～0.01％之间；(2)固体炭的挥发分在0.01～0.2％之间、灰分在0.1～0.15％之间、硫分在0.01～0.08％之间；(3)固体炭的挥发分在0.2～0.3％之间、灰分在0.15～0.5％之间、硫分在0.08～0.2％之间；(4)固体炭的挥发分在0.05～2％之间、灰分在0.5～2％之间、硫分在0.2～0.9％之间。
进一步地，反应过程中无机盐以液态存在，且熔盐质量满足如下条件：2.97×(钒钛磁铁矿质量+固体炭质量)≥熔盐质量≥0.86×(钒钛磁铁矿质量+固体炭质量)；熔盐的作用是溶解钒钛磁铁矿并将其中的铁、钒、钛矿物转化为自由离子，离子的转化反应需要以熔盐为介质；其中，铁、钒离子借助熔盐的媒介作用扩散到固体炭颗粒表面，从“自由离子”还原到金属，进而形成颗粒；钛离子扩散到固体炭颗粒表面转化为碳化钛或者碳氧化钛，进而形成颗粒。
进一步地，采用阶段性的升温和保温制度；其中，室温至575℃时的升温速率介于2.81℃/min与8.53℃/min之间，575℃-998℃之间的升温速率介于1.91℃/min与6.25℃/min之间，999℃-1198℃之间的升温速率介于0.81℃/min与6.13℃/min之间；升温达到预定温度后需要保温，保温温度区间为下述区间中的1-4个，为651℃-699℃，951℃-998℃，1101℃-1148℃，1151℃-1198℃。
进一步地，利用具有还原性的熔盐浴作为反应媒介，且熔盐浴的还原性由不溶于熔盐的固体炭颗粒提供；固体炭的配加量比例为(0.19αFe+0.6αTi+0.35αV)×(1-V)×100％；其中，αFe、αTi、αV分别为钒钛磁铁矿中的Fe、Ti、V质量分数，V为固体炭的挥发分含量。
进一步地，以钒钛磁铁矿和固体炭为原料，且固体炭的配加量比例为(0.19αFe+0.6αTi+0.35αV)×(1-V)×100％；其中，αFe、αTi、αV分别为钒钛磁铁矿中的铁、钒、钛的质量分数，V为固体炭的挥发分含量。
进一步地，熔盐的选择、保温温度与固体炭的成分相关；固体炭的挥发分在0.001～0.01％之间、灰分在0.01～0.1％之间、硫分在0.001～0.01％之间时选择单一组分无机盐氯化钠，保温温度1149℃-1199℃；固体炭的挥发分在0.01～0.2％之间、灰分在0.1～0.15％之间、硫分在0.01～0.08％之间时，选择单一组分无机盐氯化钙，保温温度1100℃-1148℃；固体炭的挥发分在0.2～0.3％之间、灰分在0.15～0.5％之间、硫分在0.08～0.2％之间时，选择单一组分无机盐氯化钠或氯化钙，保温温度999℃-1099℃；固体炭的挥发分在0.05～2％之间、灰分在0.5～2％之间、硫分在0.2～0.9％之间时，选择氯化钠-氯化钙二元熔盐，保温温度949℃-998℃。
进一步地，在高温下利用多孔板将大部分液态熔盐从固态产物中滤除；熔盐冷却后将固态产物移出并加水，将料浆浓度调至45％～65％；料浆经搅拌或简单研磨后采用磁选方式从固态产物颗粒中分离出金属态的铁、钒颗粒，水洗磁选尾矿后得到碳化钛产品，其中研磨时间<5min，磁选场强介于4kA/m～15kA/m之间；磁选尾渣采用浮选或涡电流分选方式提纯，得到碳化钛或者碳氧化钛颗粒，同时抛除尾渣。
进一步地，利用固体炭的组成控制产品的品级和用途，当固体炭组成满足条件(1)时，配合熔盐种类和温度可生产碳化钛颗粒条件生产高品质耐磨材料；固体炭组分满足条件(2)时，配合熔盐种类和温度条件生产碳化钛颗粒，用于制造耐高温仪器；当固体炭组成满足条件(3)时，配合熔盐种类和温度可生产碳化钛颗粒，提纯和改性后可作为碳化钛的生产原料；当固体炭组成满足条件(4)时，可生产碳化钛和碳氧化钛混合物用于生产电解钛。
本发明以钒钛磁铁矿为主要原料，可通过1次加热直接生产高品质碳化钛粉末，同时附产颗粒状单质铁、钒或钒铁合金，实现钒钛磁铁矿中铁、钛、钒元素的综合利用，生产流程短、原料来源广泛、生产成本低。与现有技术的差别体现在：
(1)原料。现有技术只能以金属钛、钛渣、钛铁矿、钛白粉等原料生产碳化钛，尚不能使用来源更广、更廉价的钒钛磁铁矿；
(2)处理温度。现有工艺通过含钛矿物与固体炭之间的固相反应完成碳化，反应温度一般在1500℃以上；
(3)扩散条件。固相反应扩散条件不充分，所得碳化钛性质不均匀，限制了应用性能的提高；
综上，本发明与现有的钒钛磁铁矿和碳化钛生产技术相比较，在原料、工艺参数和产品性能方面都不同，是一种全新的生产工艺。
附图说明
图1为浮选富集钒钛磁铁矿基碳化钛的工艺流程；
图2为涡电流富集钒钛磁铁矿基碳化钛的工艺流程。
具体实施方式
以下实例用于说明本发明的实施过程，但不用来限制本发明的使用方法和适用范围。
实例1：
新疆某钒钛磁铁矿精矿和99％高纯石墨粉，钒钛磁铁矿主要成分(多次测试的范围值，下同)为：TFe 55.17％～55.21％，SiO2 2.23％～2.26％，TiO2 10.16％～10.19％，V2O5 1.03％～1.07％，粒度组成-0.074mm占81.2％～81.3％；石墨粉灰分0.5％～0.65％，水分0.13％～0.15％，挥发分0.02％～0.3％，粒度组成0.074mm占44.5％～45％；采用工业氯化钠作为熔盐。
使用过程：
(1)原料准备。取10kg钒钛磁铁矿，将钒钛磁铁矿、石墨粉、氯化钠按照质量比1：0.15：2.5混匀，置于井式炉内的10L高纯石墨坩埚中；
(2)升温和保温。室温至575℃时的升温速率介于2.81℃/min与2.9℃/min之间，575℃～670℃升温速率2.1℃/min，在670℃保温10min；670℃～1198℃之间的升温速率介于1.96℃/min与1.98℃/min之间，升温至1198℃后保温60min；
(3)熔盐抽离和过滤。向悬于熔盐上方的石英管吹入高压气体，促使熔盐从插入熔盐的石英导管流出并被压出反应器。期间通过一个多孔介质板隔离固态产物；分离液态熔盐后将装置降温至室温，取出产物颗粒；向产物颗粒中加水，将料浆浓度调至60％；
(4)搅拌和磁选。简单搅拌料浆后采用滚筒磁选机分选，场强介于6.1kA/m～6.5kA/m之间，分离出金属铁、钒和铁钒合金颗粒；
(5)浮选。磁选后剩余的富碳化钛尾渣经3段浮选富集，制得碳化钛含量98.28％的碳化钛粉末。
实例2：
河北某钒钛磁铁矿精矿和99％高纯石墨粉，钒钛磁铁矿主要成分为：TFe 58.61％～58.65％，SiO2 2.23％～2.26％，TiO2 8.92％～8.95％，V2O5 0.77％～0.81％，粒度组成-0.074mm占89.61％～89.67％；石墨粉灰分0.5％～0.65％，水分0.13％～0.15％，挥发分0.02％～0.3％，粒度组成0.074mm占44.5％～45％；采用工业氯化钠作为熔盐。
使用过程：
(1)原料准备。取10kg钒钛磁铁矿，将钒钛磁铁矿、石墨粉、氯化钠按照质量比1：0.12：2.4混匀，置于50kg感应电炉内的高纯石墨坩埚中；
(2)升温和保温。室温至575℃时的升温速率介于2.79℃/min与2.95℃/min之间，575℃～670℃升温速率5℃/min，在670℃保温10min；670℃～1198℃之间的升温速率介于5.11℃/min与5.42℃/min之间，升温至1198℃后保温35min-40min；
(3)熔盐抽离和过滤。向悬于熔盐上方的石英管吹入高压气体，促使熔盐从插入熔盐的石英导管流出并被压出反应器。期间通过多孔介质板隔离固态产物；分离液态熔盐后将装置降温至室温，取出产物颗粒；向产物颗粒中加水，将料浆浓度调至55％-56％；
(4)搅拌和磁选。简单搅拌料浆后采用滚筒磁选机分选，场强介于4.8kA/m～5.2kA/m之间，分离出金属铁、钒和铁钒合金颗粒；
(5)浮选。采用自制的涡电流分选机进一步富集磁选后剩余的富碳化钛尾渣。经2段涡电流分选富集，制得碳化钛含量97.28％的碳化钛粉末。
实例3：
川西某钒钛磁铁矿精矿和固定碳95.09％石油焦，钒钛磁铁矿主要成分为：TFe54.19％～54.35％，SiO2 1.97％～1.98％，TiO2 10.97％～10.98％，V2O5 0.92％～0.93％，粒度组成-0.074mm占80.2％～80.7％；石油焦灰分3.85％～3.91％，水分0.13％～0.15％，挥发分0.8％～0.9％，粒度组成0.074mm占49.3％～49.6％；采用工业氯化钠-氯化钙作为熔盐。
使用过程：
(1)原料准备。取10kg钒钛磁铁矿，将钒钛磁铁矿、石墨粉、氯化钠按照质量比1：0.18：2.5混匀，置于井式炉内的10L高纯石墨坩埚中；
(2)升温和保温。室温至575℃时的升温速率介于2.81℃/min与2.9℃/min之间，575℃～670℃升温速率1.9℃/min～1.95℃/min，在670℃保温10min；670℃～998℃之间的升温速率介于2.1℃/min～2.2℃/min之间，升温至998℃后保温30min；
(3)熔盐抽离和过滤。向悬于熔盐上方的石英管吹入高压气体，促使熔盐从插入熔盐的石英导管流出并被压出反应器。期间利用多孔介质板截留固态产物；分离液态熔盐后将装置降温至室温，取出产物颗粒；向产物颗粒中加水，将料浆浓度调至65％；
(4)搅拌和磁选。简单搅拌料浆后采用滚筒磁选机分选，场强介于4.5kA/m～4.6kA/m之间，分离出金属铁、钒和铁钒合金颗粒；
(5)浮选。磁选后剩余的富碳化钛尾渣经3段浮选富集，制得碳化钛含量83.64％的碳化钛粉末。
实例4：
新疆某钒钛磁铁矿精矿和99％高纯石墨粉，钒钛磁铁矿主要成分(多次测试的范围值，下同)为：TFe 55.17％～55.21％，SiO2 2.23％～2.26％，TiO2 10.16％～10.19％，V2O5 1.03％～1.07％，粒度组成-0.074mm占81.2％～81.3％；石墨粉灰分0.5％～0.65％，水分0.13％～0.15％，挥发分0.02％～0.3％，粒度组成0.074mm占44.5％～45％；采用工业氯化钙作为熔盐。
使用过程：
(1)原料准备。取10kg钒钛磁铁矿，将钒钛磁铁矿、石墨粉、氯化钠按照质量比1：0.15：3混匀，置于井式炉内的10L高纯石墨坩埚中；
(2)升温和保温。室温至575℃时的升温速率介于2.8℃/min与2.85℃/min之间，575℃～670℃升温速率1.9℃/min～2.1℃/min，在670℃保温20min；670℃～998℃之间的升温速率介于1.9℃/min～2.1℃/min之间，升温至1198℃后保温30min；
(3)熔盐抽离和过滤。向悬于熔盐上方的石英管吹入高压气体，促使熔盐从插入熔盐的石英导管流出并被压出反应器。期间利用多孔介质板截留固态产物；分离液态熔盐后将装置降温至室温，取出产物颗粒；向产物颗粒中加水，将料浆浓度调至55％；
(4)搅拌和磁选。简单搅拌料浆后采用滚筒磁选机分选，场强介于5.1kA/m～5.2kA/m之间，分离出金属铁、钒和铁钒合金颗粒；
(5)浮选。磁选后剩余的富碳化钛尾渣经3段浮选富集，制得碳化钛含量94.26％的碳化钛粉末。

Claims (5)

1.一种利用还原性熔盐浴生产颗粒铁和碳化钛的方法，其特征在于：将钒钛磁铁矿与低挥发分固体炭混合投入熔盐浴，熔盐选择无机盐，利用熔盐溶解钒钛磁铁矿中的铁、钒、钛，使之以自由离子形态进入熔盐；铁、钒离子在固体炭颗粒表面被还原为金属，钛离子与碳结合形成碳化钛或碳氧化钛；反应结束后利用多孔板从固态产物中滤除大部分液体熔盐，利用磁选从固体产物中分离出金属铁和钒，水洗后得到高品质碳化钛或者碳氧化钛；固体炭的种类为石墨粉或石油焦，组成满足下述条件之一：（1）固体炭的挥发分在0.001~0.01%之间、灰分在0.01~0.1%之间、硫分在0.001~0.01%之间；（2）固体炭的挥发分在0.01~0.2%之间、灰分在0.1~0.15%之间、硫分在0.01~0.08%之间；（3）固体炭的挥发分在0.2~0.3%之间、灰分在0.15~0.5%之间、硫分在0.08~0.2%之间；（4）固体炭的挥发分在0.05~2%之间、灰分在0.5~2%之间、硫分在0.2~0.9%之间；
采用阶段性的升温和保温制度；其中，室温至575℃时的升温速率介于2.81℃/min与8.53℃/min之间，575℃-998℃之间的升温速率介于1.91℃/min与6.25℃/min之间，999℃-1198℃之间的升温速率介于0.81℃/min与6.13℃/min之间；根据反应进程需求，升温达到预定温度后需要保温，保温温度设定为下述区间中的1-4个：651℃-699℃，951℃-998℃，1101℃-1148℃，1151℃-1198℃；
熔盐的选择、保温温度与固体炭的成分相关；固体炭的挥发分在0.001~0.01%之间、灰分在0.01~0.1%之间、硫分在0.001~0.01%之间时选择单一组分无机盐氯化钠，保温温度1149℃-1199℃；固体炭的挥发分在0.01~0.2%之间、灰分在0.1~0.15%之间、硫分在0.01~0.08%之间时，选择单一组分无机盐氯化钙，保温温度1100℃-1148℃；固体炭的挥发分在0.2~0.3%之间、灰分在0.15~0.5%之间、硫分在0.08~0.2%之间时，选择单一组分无机盐氯化钠或氯化钙，保温温度999℃-1099℃；固体炭的挥发分在0.05~2%之间、灰分在0.5~2%之间、硫分在0.2~0.9%之间时，选择氯化钠-氯化钙二元熔盐，保温温度949℃-998℃；
利用固体炭的组成控制产品的品级和用途，当固体炭组成满足条件（1）时，配合熔盐种类和温度可生产碳化钛颗粒条件生产高品质耐磨材料；固体炭组分满足条件（2）时，配合熔盐种类和温度条件生产碳化钛颗粒，用于制造耐高温仪器；当固体炭组成满足条件（3）时，配合熔盐种类和温度可生产碳化钛颗粒，提纯和改性后可作为碳化钛的生产原料；当固体炭组成满足条件（4）时，可生产碳化钛和碳氧化钛混合物用于生产电解钛。
2. 根据权利要求1所述的利用还原性熔盐浴生产颗粒铁和碳化钛的方法，其特征在于：反应过程中无机盐以液态存在，且熔盐质量满足如下条件：2.97×（钒钛磁铁矿质量+固体炭质量）≥ 熔盐质量 ≥ 0.86×（钒钛磁铁矿质量+固体炭质量）；熔盐的作用是溶解钒钛磁铁矿并将其中的铁、钒、钛矿物转化为自由离子，离子的转化反应需要以熔盐为介质；其中，铁、钒离子借助熔盐的媒介作用扩散到固体炭颗粒表面，从“自由离子”还原到金属，进而形成颗粒；钛离子扩散到固体炭颗粒表面转化为碳化钛或者碳氧化钛，进而形成颗粒。
3. 根据权利要求1所述的利用还原性熔盐浴生产颗粒铁和碳化钛的方法，其特征在于：利用具有还原性的熔盐浴作为反应媒介，且熔盐浴的还原性由不溶于熔盐的固体炭颗粒提供；固体炭的配加量比例为(0.19αFe+0.6αTi+0.35αV) ×(1-Vd)× 100%；其中，αFe、αTi、αV分别为钒钛磁铁矿中的Fe、Ti、V质量分数，Vd为固体炭的干燥基挥发分含量。
4. 根据权利要求1所述的利用还原性熔盐浴生产颗粒铁和碳化钛的方法，其特征在于：以钒钛磁铁矿和固体炭为原料，且固体炭的配加量比例为(0.19αFe+0.6αTi+0.35αV)×(1-Vd)× 100%；其中，αFe、αTi、αV分别为钒钛磁铁矿中的铁、钒、钛的质量分数，Vd为固体炭的干燥基挥发分含量。
5.根据权利要求1所述的利用还原性熔盐浴生产颗粒铁和碳化钛的方法，其特征在于：在高温下利用多孔板将大部分液态熔盐从固态产物中滤除；熔盐冷却后将固态产物移出并加水，将料浆浓度调至45%~65%；料浆经搅拌或简单研磨后采用磁选方式从固态产物颗粒中分离出金属态的铁、钒颗粒，水洗磁选尾矿后得到碳化钛产品，其中研磨时间<5min，磁选场强介于4kA/m~15kA/m之间；磁选尾渣采用浮选或涡电流分选方式提纯，得到碳化钛或者碳氧化钛颗粒，同时抛除尾渣。
CN201910631607.2A 2019-07-12 2019-07-12 一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法 Active CN110342517B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910631607.2A CN110342517B (zh) 2019-07-12 2019-07-12 一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910631607.2A CN110342517B (zh) 2019-07-12 2019-07-12 一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110342517A CN110342517A (zh) 2019-10-18
CN110342517B true CN110342517B (zh) 2021-04-27

Family

ID=68175505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910631607.2A Active CN110342517B (zh) 2019-07-12 2019-07-12 一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110342517B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111020228B (zh) * 2019-11-20 2022-03-22 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司 一种电炉冶炼碳化渣送电方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4442075A (en) * 1983-03-30 1984-04-10 Kerr-Mcgee Chemical Corporation Titanium ore chlorination process using a molten salt
CN102127654B (zh) * 2010-01-13 2013-01-23 中国科学院过程工程研究所 一种使用氢氧化钠熔盐分解含铬钒渣的方法
CN102433436B (zh) * 2011-11-18 2013-07-31 攀枝花昆钢矿业有限公司 从钒钛磁铁矿中分离铁和钒钛的方法
CN103276207B (zh) * 2013-05-17 2015-02-18 中国科学院过程工程研究所 一种湿法处理钒钛磁铁精矿制备钛液的方法
CN103898264B (zh) * 2014-02-18 2016-01-20 雨田集团有限公司 一种含钛铁矿外燃煤熔融还原方法
CN103816963B (zh) * 2014-03-03 2016-04-27 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 碳化渣的粉磨方法及低温氯化制备TiCl4的方法
CN105018721B (zh) * 2015-08-06 2018-01-26 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种从钒钛磁铁矿中分离铁、钒、钛的方法
CN105087864A (zh) * 2015-09-14 2015-11-25 北京科技大学 一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法
CN105112689A (zh) * 2015-09-30 2015-12-02 中国地质科学院矿产综合利用研究所 钒钛磁铁矿提取钛的方法
CN105256152B (zh) * 2015-10-28 2017-09-26 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 快速还原熔炼含钛炉渣的方法
CN105905902B (zh) * 2016-06-28 2019-01-15 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 一种碳化钛原料的生产方法
CN106480244A (zh) * 2016-10-11 2017-03-08 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种冶炼含钛高炉渣的方法
CN107663588B (zh) * 2017-10-09 2019-07-02 攀钢集团研究院有限公司 一种连续冶炼碳化渣的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110342517A (zh) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105838838B (zh) 一种煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法
CN101294242A (zh) 一种从高铬钒钛磁铁矿中提取多种金属元素的方法
Li et al. Effects of calcium compounds on the carbothermic reduction of vanadium titanomagnetite concentrate
CN112410586B (zh) 从含铁、铌、稀土多金属矿中综合回收铌、稀土、钛的方法
CN106521139A (zh) 一种低温还原分离含钛铁矿物制备高钛渣的方法
CN106315584A (zh) 利用含钛矿物或炉渣制备碳氧化钛或/和碳化钛的方法
CN110564906A (zh) 一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的方法
CN105087864A (zh) 一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法
WO2017190393A1 (zh) 一种以钛铁复合矿为原料提取铁、钛的方法及过滤设备
CN110395734B (zh) 一种以赤泥为原料生产颗粒金属和碳化钛的方法
CN110342517B (zh) 一种用钒钛磁铁矿直接生产碳化钛的方法
CN101603141B (zh) 利用低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法
Li et al. Formation of calcium titanate in the carbothermic reduction of vanadium titanomagnetite concentrate by adding CaCO 3
CN112708783B (zh) 一种钒钛磁铁矿钒钛资源综合利用的方法
CN115404339B (zh) 一种开发利用鲕状高磷铁矿的方法
CN110564956A (zh) 一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的冶炼系统
CN113481342B (zh) 一种钒钛磁铁矿无钙低温还原制备铁及钒钛分离方法
CN112281002B (zh) 从含铁、铌、稀土多金属矿中富集回收铌、稀土、钛的方法
US4898712A (en) Two-stage ferrosilicon smelting process
RU2808305C1 (ru) Способ переработки бедной окисленной никелевой руды
CN113462891B (zh) 一种含铬镍铁矿球团制备不锈钢母液的方法
CN111440960B (zh) 一种酸溶性钛渣的制备方法
CN113046577B (zh) 一种从钒钛磁铁矿选择性提取铁、钛和钒的方法
CN115010170B (zh) 一种利用含钛高炉渣制备TiCl4的方法
CN113663816A (zh) 一种钙法提钒尾渣的处理工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant