CN1234875C - 还原氮化结合矿化剂处理含钛高炉渣使TiN富集长大的方法 - Google Patents
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Abstract
一种还原氮化结合矿化剂处理含钛高炉渣使TiN富集长大的方法,本发明包括混料、氮化处理、高温处理三个步骤,混料,将含钛高炉渣经破碎、球磨、过筛,制备成粒度为0.125~0.08mm(-120~+160目)的渣料,与煤粉和矿化剂均匀混合,配煤量为25~35%,矿化剂采用分析纯K2CO3,加入量为1.5~3%;氮化处理,将混匀后的混合料装入石墨坩埚中,机械压实后置于电炉中并密封炉膛,再通N2还原氮化处理,N2流量为800ml/min,以5℃/min的速度升温至1300℃后恒温5小时;高温处理,氮化处理达到1300℃并恒温5小时后按如下温度制度进行高温处理:见右式。本发明可使TiN和TiC晶粒明显长大,粒度可达10~30μm,为含钛高炉渣提供了一种有效的处理方法。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,特别涉及一种还原氮化结合矿化剂处理含钛高炉渣使TiN富集长大的方法。
背景技术
在诸多含钛高炉渣的利用方法中,通过对渣进行适当的处理,使钛组分基本富集于一相并使晶粒达到适合的粒度,以便于分离得到富钛料和尾渣。富钛料用作提钛原料,尾渣作水泥掺和料等。这是颇具前景的思路。其中黑钛石和钙钛矿的选择性富集、长大、分离工艺复杂且分离得到的含钛矿物用途有限,目前尚无规模处理的可能;对含钛高炉渣进行碳(氮)化处理,使钛组分富集于TiN、TiC或以TiC为主的Ti(C,N)相,分离得到的TiN、TiC或Ti(C,N)精矿,既可作为高级耐火、陶瓷或磨料的原料,还可被氯化以制取TiCl4,用于制取金属钛或“钛白”。目前,该法存在处理温度高和Ti(C,N)粒度细小、不易分离的问题。
TiN和TiC熔点高、硬度高、耐高温、抗侵蚀、热膨胀系数低、导电性好,可作优良的结构、电极、半导体和超导材料及复相材料的结合剂。而用“钛白”粉生产的TiN和TiC价格较贵,其开发利用受到限制。
我国攀枝花地区钒钛磁铁矿资源丰富,其中TiO2储量占全国的94.2%。钒钛磁铁矿经高炉冶炼后渣中TiO2含量高达22~26%,但因该渣的特殊性,至今尚未找到一种技术合理、经济可行的利用这种二次资源的方法,只能将其堆放,既浪费资源又污染环境。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种还原氮化结合矿化剂处理含钛高炉渣,使其中钛组分富集于TiN和TiC相,并使TiN和TiC晶粒长大的方法,以进一步实现TiN和TiC的选矿分离,为TiN和TiC的大量制备和应用开辟一条捷径。分离得到的TiN和TiC精矿既可被氧化成TiO2,又可用来制取四氯化钛,尾矿可用作水泥掺和料。
本发明方法包括混料、氮化处理、高温处理三个步骤:
1、混料,将含钛高炉渣经破碎、球磨、过筛,制备成粒度为0.125~0.08mm(-120~+160目)的渣料,与煤粉和矿化剂均匀混合,配煤量为25~35%,矿化剂采用分析纯K2CO3,加入量为1.5~3%;
2、氮化处理,将混匀后的混合料装入石墨坩埚中,机械压实后置于电炉中并密封炉膛,再通N2还原氮化处理,N2流量为800ml/min,以5℃/min的速度升温至1300℃后恒温5小时;
3、高温处理,氮化处理达到1300℃并恒温5小时后按如下温度制度进行高温处理:
本发明的原理是,将渣中的钛氧化物碳热还原并氮化后,形成TiN和TiC,即将各种含钛组分富集成钛的碳、氮化物,以便于对钛资源的分离和利用。
所发生的化学反应如下
ΔG1 0=1132680-818.14T (J/mol)
当ΔG1 0=0时 T1=1111.45℃
ΔG2 0=327060-245.81T (J/mol)
当ΔG2 0=0时 T2=1057.54℃
ΔG3 0=478560-326.52T (J/mol)
当ΔG3 0=0时T3=1192.63℃
我国攀枝花钢铁公司的含钛高炉渣的熔化性温度为1390℃,在低温1300℃恒温5h,固相还原氮化反应进行完全,渣中钛组分完全富集于TiN和TiC。同时,低温时TiN和TiC晶粒生长缓慢,使其保持着较小粒度,有利于随后高温段的二次再结晶。在高温处理中,渣熔化为液相而填充孔隙,改善了TiN和TiC晶粒长大的传热、传质条件,有利于晶粒相互接触和长大。此时高温出现大量液相时,TiN和TiC与渣液间形成了亲液性溶胶,TiN和TiC被双电层结构和溶剂化作用这两种因素所稳定,对TiN和TiC的聚集、长大不利。所加入的矿化剂K2CO3是电解质,可改变TiN和TiC表面性质,消除双电层结构,恶化其与渣液之间的润湿性,从而使TiN和TiC易于聚集沉淀长大。
本发明方法可使TiN和TiC晶粒明显长大,粒度可达10~30μm,为含钛高炉渣提供了一种有效的处理方法。
附图说明
图1为TiN试样在基体中分布的Sem照片;
具体实施方式
例1,按本发明方法步骤,选我国攀枝花含钛高炉渣(下渣3=炉,经磁选)为原料,其成分如下表:
表 实验用攀钢高炉渣成分(下渣3=炉,经磁选),%
SiO2 Al2O3 CaO MgO V2O5 TiO2 S CaF2 Ti2O3 TiO V(CN) Ti(CN) |
23.90 13.30 26.36 7.94 0.225 24.74 0.274 0.09 0.72 0.51 0.154 0.065 |
经破碎、球磨、过筛制备成粒度为0.125-0.08mm的渣料,与煤粉和矿化剂均匀混合,配煤量25%,矿化剂采用分析纯K2CO3,加入量1.8%;
氮化处理,将混匀后的混合料装入石墨坩埚中,机械压实后置于电炉中并密封炉膛,再通N2还原氮化处理,N2流量为800ml/min,以5℃/min的速度升温至1300℃后恒温5小时;
高温处理,经氮化处理达到1300℃并恒温5小时后按如下温度制度进行高温处理:
例2,按例1步骤选攀钢含钛高炉渣成分如下表:
SiO2 Al2O3 CaO MgO V2O5 TiO2 S CaF2 Ti2O3 TiO V(CN) Ti(CN) |
24.38. 13.57 26.89 8.10 0.25 24.96 0.280 0.092 0.734 0.52 0.517 0.066 |
经破碎、球磨、过筛制备成粒度为0.125-0.08mm的渣料,与煤粉和矿化剂均匀混合,配煤量35%,矿化剂采用分析纯K2CO3,加入量2.5%;
其氮化处理和高温处理步骤与例1相同。
Claims (1)
1、一种还原氮化结合矿化剂处理含钛高炉渣使TiN富集长大的方法,其特征在于包括以下步骤:
混料,将含钛高炉渣经破碎、球磨、过筛,制备成粒度为0.125~0.08mm的渣料,与煤粉和矿化剂均匀混合,配煤量为25~35%,矿化剂采用分析纯K2CO3,加入量为1.5~3%;
氮化处理,将混匀后的混合料装入石墨坩埚中,机械压实后置于电炉中并密封炉膛,再通N2还原氮化处理,N2流量为800ml/min,以5℃/min的速度升温至1300℃后恒温5小时;
高温处理,氮化处理达到1300℃并恒温5小时后按如下温度制度进行高温处理:
由1300℃至1400℃,每分钟升温3℃,
由1400℃至1500℃,每分钟升温1℃,
由1500℃至1400℃,每分钟降温1℃,
由1400℃至1200℃,每分钟降温2℃,
至1200℃后随炉冷却。
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