CN115231576A - 一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法 - Google Patents

一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：将工业硅硅渣进行破碎，赤泥和含钛高炉渣进行研磨和过筛；将赤泥和含钛高炉渣按照比例进行混合，在空气或富氧气氛下焙烧，得到焙烧产物；将工业硅硅渣、焙烧产物和助熔剂混合均匀后放入坩埚中，在感应炉或管式炉中进行一定时间的保温和高温熔炼，熔炼完成后冷却样品至室温；机械分离熔渣后得到硅铁钛合金，实现工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣中硅、铁和钛的合金化回收。本发明工艺简单易行，能耗低，不仅可以同时从工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣中回收硅、铁和钛资源，而且能够同时处理三种固废，为废渣中有价金属的回收处理提供了一种新途径。

Description

一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法
技术领域
本发明属于金属二次资源综合利用领域，具体涉及一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法。
背景技术
工业硅是由碳质还原剂在电弧炉中还原石英得到，在其氧化精炼过程中，会得到由各种杂质混合而成的熔渣。这些熔渣通常含有一定量的单质硅，因此被称之为工业硅硅渣，而且不同厂家产生的工业硅硅渣中的单质硅含量也不尽相同。目前对于工业硅硅渣中的单质硅主要是采用人工分拣的方式进行回收，但存在回收不完全且效率低等问题。经过分拣后的工业硅硅渣仍含有较多的单质硅，且无法对其进行有效处理，只能是进行堆存或是掩埋处理，这样处理不仅造成资源的浪费，而且影响环境。
赤泥是生产氧化铝过程中产生的强碱性固体废弃物，每生产1吨氧化铝就会产生1-2吨的赤泥，我国每年排放的赤泥接近1亿吨。由于赤泥呈现强碱性，且活性较低，其处理较为困难。目前主要对赤泥进行堆存处理，这种方式不仅占用土地，而且会造成土地碱化，地下水污染，严重危害生态环境。如何有效处理赤泥是一个亟需解决的难题。
我国拥有丰富的钛资源，其主要矿物类型为钒钛磁铁矿。目前主要是通过高炉冶炼的方式对钒钛磁铁矿进行处理，而其中的钛资源无法在冶炼过程中得到回收，最终只能进入到炉渣中。由于含钛高炉渣存在结构和成分复杂的问题，难以对其进行有效处理。目前含钛高炉渣已经堆积了8000万吨，每年有300万吨的增加，如此多的堆积量不仅会损失大量的钛资源，而且会对环境造成巨大的负荷问题。因此对于含钛高炉渣如何进行有效处理是迫在眉睫的问题。
为了回收工业硅硅渣中的金属硅，主要采用高温分离的方式来分离硅和熔渣，通过添加合成渣和电磁搅拌可以强化分离效果，也有用工业硅硅渣来制备微晶玻璃和陶瓷材料。对于赤泥的处理主要是回收有价金属、制备建筑材料和环境修复材料。对于含钛高炉渣的处理方式有高温碳化-低温氯化制取TiCl4、高温碳化制备碳化钛、直流电炉冶炼制备硅钛铁合金、湿法提取以及选择性富集含钛矿物等工艺。这些工艺在一定程度上能够回收处理这些废渣，但存在工艺复杂和处理量小等问题。
因此，为了解决上述问题，本文提出一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明设计了一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，工艺简单易行，能耗低，不仅可以同时从工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣中回收硅、铁和钛资源，而且能够同时处理三种固废，为废渣中有价金属的回收处理提供了一种新途径。
为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料准备：工业硅硅渣、赤泥、含钛高炉渣和助熔剂；
(2)将工业硅硅渣进行破碎，其粒径大小为5～40mm；将赤泥和含钛高炉渣采用振动磨分别进行研磨，研磨后过150目筛；
(3)赤泥和含钛高炉渣的质量比为1:1～5:1混合均匀，然后在空气或富氧气氛下进行焙烧，温度为1300～1450℃，时间为3～8h，得到赤泥与含钛高炉渣的焙烧产物；
(4)按照工业硅硅渣40～55％、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物30～40％、助熔剂5～30％的质量百分比配制并混合均匀，在感应炉或电阻炉中进行高温熔炼，在1500～1800℃下保温2～10h，氩气作为保护气体，熔炼完成后冷却样品至室温；
(5)将得到的样品从坩埚中取出，机械分离熔渣后得到硅铁钛合金。
进一步的，所述步骤(3)中，赤泥与含钛高炉渣按照质量比为1:1的比例进行称取，焙烧温度为1450℃，时间为8h；所述步骤(4)中，工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物、助熔剂配比为：工业硅硅渣40％、赤泥和含钛高炉渣30％、助熔剂30％；保温温度为1500℃，保温时长为10h。
进一步的，所述步骤(3)中，赤泥与含钛高炉渣按照质量比为1:1的比例进行称取，焙烧温度为1300℃，时间为3h；所述步骤(4)中，工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物、助熔剂配比为：工业硅硅渣40％、赤泥和含钛高炉渣40％、助熔剂20％；保温温度为1800℃，保温时长为10h。
进一步的，所述步骤(3)中，赤泥与含钛高炉渣按照质量比为5:1的比例进行称取，焙烧温度为1300℃，时间为8h；所述步骤(4)中，工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物、助熔剂配比为：工业硅硅渣55％、赤泥和含钛高炉渣30％、助熔剂15％；保温温度为1500℃，保温时长为5h。
进一步的，所述步骤(3)中，赤泥与含钛高炉渣按照质量比为5:1的比例进行称取，焙烧温度为1450℃，时间为3h；所述步骤(4)中，工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物、助熔剂配比为：工业硅硅渣55％、赤泥和含钛高炉渣40％、助熔剂5％；保温温度为1800℃，保温时长为2h。
进一步的，所述工业硅硅渣中硅的含量不低于35％。
本发明的有益效果是：
工艺简单可操作性强，能耗低，污染性低，不仅可以同时从工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣中回收硅、铁和钛资源，而且能够同时处理三种固废，为废渣中有价金属的回收处理提供了一种新途径；本发明得到的硅铁钛合金可以用于建筑、汽车、集成电路等产业。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金方法的流程示意图。
图2是本发明熔炼完成后得到的样品图；
图3是本发明得到的合金的XRD物相分析结果图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
取一定量的工业硅硅渣、赤泥、含钛高炉渣和助熔剂；
将工业硅硅渣进行破碎，其粒径为5～40mm左右；将赤泥和含钛高炉渣采用振动磨分别进行研磨，研磨后过150目筛；
将赤泥与含钛高炉渣按照质量比为1:1的比例进行称取，在空气气氛下进行焙烧，温度为1450℃，时间为8h，得到赤泥与含钛高炉渣的焙烧产物。
将工业硅硅渣、焙烧产物和助熔剂混合均匀，按照质量比，工业硅硅渣40％、赤泥和含钛高炉渣30％、助熔剂30％。
在电阻炉中进行高温熔炼，在1500℃下保温10h，氩气作为保护气体，熔炼完成后冷却样品至室温；
将得到的样品从坩埚中取出，机械分离熔渣后得到硅铁钛合金样品。
实施例2：
取一定量的工业硅硅渣、赤泥、含钛高炉渣和助熔剂；
将工业硅硅渣进行破碎，其粒径为5～40mm左右；将赤泥和含钛高炉渣采用振动磨分别进行研磨，研磨后过150目筛；
将赤泥与含钛高炉渣按照质量比为1:1的比例进行称取，在富氧气氛下进行焙烧，温度为1300℃，时间为3h，得到赤泥与含钛高炉渣的焙烧产物。
将工业硅硅渣、焙烧产物和助熔剂混合均匀，按照质量比，工业硅硅渣40％、赤泥和含钛高炉渣40％、助熔剂20％。
在电阻炉中进行高温熔炼，在1800℃下保温10h，氩气作为保护气体，熔炼完成后冷却样品至室温；
将得到的样品从坩埚中取出，机械分离熔渣后得到硅铁钛合金样品。
实施例3：
取一定量的工业硅硅渣、赤泥、含钛高炉渣和助熔剂；
将工业硅硅渣进行破碎，其粒径为5～40mm左右；将赤泥和含钛高炉渣采用振动磨分别进行研磨，研磨后过150目筛；
将赤泥与含钛高炉渣按照质量比为5:1的比例进行称取，在空气气氛下进行焙烧，温度为1300℃，时间为8h，得到赤泥与含钛高炉渣的焙烧产物。
将工业硅硅渣、焙烧产物和助熔剂混合均匀，按照质量比，工业硅硅渣55％、赤泥和含钛高炉渣30％、助熔剂15％。
在感应炉中进行高温熔炼，在1500℃下保温2h，氩气作为保护气体，熔炼完成后冷却样品至室温；
将得到的样品从坩埚中取出，机械分离熔渣后得到硅铁钛合金样品。
实施例4：
取一定量的工业硅硅渣、赤泥、含钛高炉渣和助熔剂；
将工业硅硅渣进行破碎，其粒径为5～40mm左右；将赤泥和含钛高炉渣采用振动磨分别进行研磨，研磨后过150目筛；
将赤泥与含钛高炉渣按照质量比为5:1的比例进行称取，在富氧气氛下进行焙烧，温度为1450℃，时间为3h，得到赤泥与含钛高炉渣的焙烧产物。
将工业硅硅渣、焙烧产物和助熔剂混合均匀，按照质量比，工业硅硅渣55％、赤泥和含钛高炉渣40％、助熔剂5％。
在感应炉中进行高温熔炼，在1800℃下保温2h，氩气作为保护气体，熔炼完成后冷却样品至室温；
将得到的样品从坩埚中取出，机械分离熔渣后得到硅铁钛合金样品。
表1是本发明实施案例1中得到的合金的化学成分分析结果
元素 Si Fe Ti Mn Al Mg 其他
wt.％ 74.96 14.25 7.60 0.36 0.43 0.09 1.51
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料准备：工业硅硅渣、赤泥、含钛高炉渣和助熔剂；
(2)将工业硅硅渣进行破碎，其粒径大小为5～40mm；将赤泥和含钛高炉渣采用振动磨分别进行研磨，研磨后过150目筛；
(3)赤泥和含钛高炉渣的质量比为1:1～5:1混合均匀，然后在空气或富氧气氛下进行焙烧，温度为1300～1450℃，时间为3～8h，得到赤泥与含钛高炉渣的焙烧产物；
(4)按照工业硅硅渣40～55％、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物30～40％、助熔剂5～30％的质量百分比配制并混合均匀，在感应炉或电阻炉中进行高温熔炼，在1500～1800℃下保温2～10h，氩气作为保护气体，熔炼完成后冷却样品至室温；
(5)将得到的样品从坩埚中取出，机械分离熔渣后得到硅铁钛合金。
2.根据权利要求1所述的一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，赤泥与含钛高炉渣按照质量比为1:1的比例进行称取，焙烧温度为1450℃，时间为8h；所述步骤(4)中，工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物、助熔剂配比为：工业硅硅渣40％、赤泥和含钛高炉渣30％、助熔剂30％；保温温度为1500℃，保温时长为10h。
3.根据权利要求1所述的一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，赤泥与含钛高炉渣按照质量比为1:1的比例进行称取，焙烧温度为1300℃，时间为3h；所述步骤(4)中，工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物、助熔剂配比为：工业硅硅渣40％、赤泥和含钛高炉渣40％、助熔剂20％；保温温度为1800℃，保温时长为10h。
4.根据权利要求1所述的一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，赤泥与含钛高炉渣按照质量比为5:1的比例进行称取，焙烧温度为1300℃，时间为8h；所述步骤(4)中，工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物、助熔剂配比为：工业硅硅渣55％、赤泥和含钛高炉渣30％、助熔剂15％；保温温度为1500℃，保温时长为5h。
5.根据权利要求1所述的一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，赤泥与含钛高炉渣按照质量比为5:1的比例进行称取，焙烧温度为1450℃，时间为3h；所述步骤(4)中，工业硅硅渣、赤泥和含钛高炉渣的焙烧产物、助熔剂配比为：工业硅硅渣55％、赤泥和含钛高炉渣40％、助熔剂5％；保温温度为1800℃，保温时长为2h。
6.根据权利要求1所述的一种利用硅渣、赤泥和含钛高炉渣制备硅铁钛合金的方法，其特征在于：所述工业硅硅渣中硅的含量不低于35％。
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