一種碳化鈦原料的生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟：取具有特定物料粒度的含鈦物料、含碳料，按一定比例混合均勻后，將混合料造礦或壓制成球，并干燥至水分≤1.5wt％；所述含鈦物料為釩鈦鐵精礦或鈦精礦；將干燥后的混合料加入到還原爐中，在溫度為1270～1400℃、爐內(nèi)氣壓小于101.4kPa的條件下，控制爐內(nèi)為非氧化性氣氛，進行還原反應(yīng)120min以上，獲得還原物料；將還原物料出爐后在非氧化環(huán)境下降至室溫后，破磨、磁選，得到碳化鈦渣原料和初鐵粉副產(chǎn)品。本發(fā)明改變了已有工藝流程繁瑣、電耗/能耗過高、含鈦料附加值低等問題，提升了釩鈦礦利用的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。
【專利說明】
一種碳化鈦原料的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化鈦原料的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化鈦TiC是具有金屬光澤的鐵灰色晶體，屬于NaCl型面心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為
0.4329nm，空間群為Fm3m，在晶格位置上碳原子與鈦原子是等價的，TiC原子間以很強的共價鍵結(jié)合，具有類似金屬的若干特性，如高的熔點、沸點和硬度，硬度僅次于金剛石，有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，在溫度極低時甚至表現(xiàn)出超導(dǎo)性。因此，TiC被廣泛用于制造金屬陶瓷，耐熱合金、硬質(zhì)合金、抗磨材料、高溫輻射材料以及其它高溫真空器件，用其制備的復(fù)相材料在機械加工、冶金礦產(chǎn)、航天和聚變堆等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]釩鈦磁鐵礦是一種鐵、釩、鈦等多種有價元素共生的復(fù)合礦，攀西地區(qū)的保有儲量約100億噸，是我國目前最大的釩鈦磁鐵礦礦床，極具綜合利用價值。
[0004]目前釩鈦磁鐵礦的冶煉及利用主要分為兩大類工藝:一是高爐冶煉工藝，采用的是傳統(tǒng)“高爐一一轉(zhuǎn)爐”流程，礦石中的鐵和釩得到了回收利用，鈦由于受冶煉條件的制約，高爐渣中T12含量低(T12含量僅20%?22%)而沒有回收利用，造成鈦資源的浪費(目前已有含鈦高爐渣電爐碳化制備碳化鈦渣的一些研究，碳化過程在電爐內(nèi)超高溫反應(yīng)，額外需要焦炭、電能等)；二是非高爐冶煉工藝，如回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐、流化床等直接還原工藝，其原理都是先直接還原后電爐冶煉，獲得含釩鐵水和含鈦爐渣，獲得的含鈦爐渣中鈦品位約在40%?45%左右并以T12形式存在，只能作為硫酸法鈦白的低端原料。非高爐工藝雖能從技術(shù)上實現(xiàn)釩鈦礦中鐵、釩、鈦的回收利用，但經(jīng)濟性方面存在較大的問題。
[0005]研究表明，釩鈦礦自身復(fù)雜而特殊的礦相結(jié)構(gòu)，常規(guī)的非高爐冶煉工藝如還原-冶煉分離含釩鐵水和含鈦爐渣-含釩鐵水提釩-含鈦爐渣硫酸法處理，均存在工藝流程長、電爐冶煉分離電耗高、含鈦爐渣附加值低等問題。
[0006]因此，基于釩鈦礦綜合利用鐵、釩、鈦的前提，有必要形成一種新的處理方法，簡化工藝流程，降低過程電耗/能耗，獲得高附件值碳化鈦原料，同時兼顧鐵釩的回收，總體提升釩鈦礦利用的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007][要解決的技術(shù)問題]
[0008]本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種碳化鈦原料的生產(chǎn)方法。
[0009][技術(shù)方案]
[0010]為了達到上述的技術(shù)效果，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0011]本發(fā)明根據(jù)釩鈦礦中含鈦物相能夠在中高溫條件下還原的冶金原理，區(qū)別于采用電爐分離含釩鐵水和含鈦爐渣的常規(guī)工藝，也區(qū)別于采用電爐高溫液態(tài)還原含鈦高爐渣制備碳化鈦的工藝，采用釩鈦礦一步法直接固態(tài)還原獲得高附加值碳化鈦原料，同時獲得金屬鐵，大大簡化釩鈦礦利用的工藝流程的同時，產(chǎn)物附加值也進一步得到提高。
[0012]—種碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟:
[0013](I)取含鈦物料粒度小于0.074mm的比例彡35wt%的含鈦物料、含碳料粒度小于
0.074mm的比例多30wt %的含碳料，按一定比例混合均勻后，得到初始混合均勻料，然后將初始混合均勾料造礦或壓制成球，并干燥至水分< 1.5wt% ；所述含鈦物料為銀鈦鐵精礦或鈦精礦；
[0014](2)將干燥后的混合料加入到還原爐中，在溫度為1270?1400°C、爐內(nèi)氣壓小于101.4kPa的條件下，控制爐內(nèi)為非氧化性氣氛，進行還原反應(yīng)120min以上，獲得還原物料；
[0015](3)將還原物料出爐后在非氧化環(huán)境下降至室溫后，破磨、磁選，得到碳化鈦渣原料和初鐵粉副產(chǎn)品。
[0016]本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，所述含碳料為煤粉、焦炭、石墨、木炭中的一種或多種。
[0017]本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，所述的按一定比例混合是指以含鈦物料質(zhì)量為基準確定含碳料的配加量:10g含鈦料中Fe0、Fe203和T12的質(zhì)量分別為所述含碳料的對應(yīng)加入質(zhì)量計為M碳，M碳=[0.171^+0.23112+(0.5?2.5)M3]/k%，其中，k%為含碳料中碳含量的質(zhì)量百分數(shù)。
[0018]本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，經(jīng)造礦或壓制成球，并干燥至水分彡1.5的％后，所得的干燥球與初始混合均勻料相比，其體積密度增加2倍以上。
[0019]本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，所述爐內(nèi)非氧化性氣氛為O2含量<2%、％含量<50%的非氧化性氣氛。
[0020]本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，所述破磨、磁選是指采取先粗破選鐵后細磨或者直接細磨后磁選分離的方式。
[0021]本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，所述碳化鈦渣原料能作為低溫氯化制備TiCl4的原料，其碳化鈦渣原料中的釩能在低溫氯化的工序中回收利用。
[0022]本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案，所述初鐵粉副產(chǎn)品能作為煉鋼的原料使用。
[0023]下面將詳細地說明本發(fā)明。
[0024]本發(fā)明的含鈦物料主要是指與釩鈦礦相似的含鈦物料，即可參考本發(fā)明的方法，獲得碳化鈦渣原料和金屬鐵。工業(yè)用TiC粉體最初是用碳黑還原價格高昂的T12來制備的，反應(yīng)的溫度范圍在1700?2100°C，制備的TiC純度較高，可作為商品直接售賣和使用。相比較而言，本發(fā)明中的反應(yīng)溫度選擇在1270?1400°C范圍內(nèi)，是基于含鈦料中不同存在形式的鈦氧化物能夠與碳逐級反應(yīng)至TiC的冶金原理，同時保證鐵氧化物的還原反應(yīng)，最終獲得TiC渣原料。本發(fā)明方法利用廉價的含鈦料制取TiC渣原料，同時獲得初鐵粉，工藝成本優(yōu)勢明顯。此外，本申請強調(diào)了含鈦物料和含碳物料的粒度要求，在本發(fā)明的粒度下的原料可以充分混勻，并且在還原反應(yīng)中反應(yīng)更加的充分，保證獲得較高附加值的產(chǎn)品。本發(fā)明的還原物料出爐后，在非氧化環(huán)境下還原可以避免氧氣等氧化物的干擾，保證還原徹底，產(chǎn)品純度高;本發(fā)明得到的還原物料可根據(jù)還原溫度不同對應(yīng)生成不同粒徑的金屬鐵。此外，本發(fā)明的含炭料以碳含量尚及碳活性尚者為佳。
[0025]綜上所述，本發(fā)明利用碳還原原理，控制原料間的比例、還原氣壓及氣氛、還原時間等參數(shù)，將含鈦物料一步直接固態(tài)還原成碳化鈦和金屬鐵，形成一種碳化鈦原料的生產(chǎn)方式。
[0026][有益效果]
[0027]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果:
[0028]本發(fā)明的采用廉價含鈦物料一步法制備高附加值的碳化鈦原料和金屬鐵，該方法改變已有工藝流程繁瑣、電耗/能耗過高、含鈦料附加值低等問題，提升了包括釩鈦礦在內(nèi)的含鈦物料利用的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合本發(fā)明的實施例對本發(fā)明作進一步的闡述和說明。
[0030]以下實施例均取含鈦物料粒度小于0.074mm的比例多35wt%的含鈦物料、含碳料粒度小于0.074mm的比例多30wt %的含碳料作為原料。下述實施例的還原爐內(nèi)02含量<2%、N2 含量 <50%。
[0031]實施例1:
[0032]選擇TFe含量53.60%、Ti02含量12.12%的釩鈦鐵精礦，采用煤粉做還原劑按要求配料并高壓壓球干燥至水分彡1.5wt%，加入還原爐后在100kPa、1300°C下保溫270min，出爐后氮封冷卻至室溫，還原產(chǎn)物金屬化率92.58%,碳化率78.53 %。還原產(chǎn)物經(jīng)破磨、磁選分離后，獲得TiC含量22.4%的碳化鈦渣產(chǎn)品和TFe含量86.56 %的初鐵粉。其中，本實施例的釩鈦鐵精礦與煤粉的質(zhì)量比為100:34。
[0033]實施例2
[0034]選擇TFe含量31.18%、Ti02含量46.52%的鈦精礦，采用焦炭做還原劑，按要求配料并高壓壓球干燥至水分<1.5wt%，加入還原爐后在95kPa、1390°C保溫125min，出爐后密閉冷卻至常溫，還原產(chǎn)物的金屬化率達到94.96%,碳化率達到84.5%o還原產(chǎn)物經(jīng)初破選鐵后，進一步細磨、磁選獲得TiC含量41.4%的碳化鈦渣產(chǎn)品。其中，本實施例的釩鈦鐵精礦與焦炭的質(zhì)量比為100:42。
[0035]上述實施例得到的所述碳化鈦渣原料可作為低溫氯化制備TiCl4的原料，其碳化鈦渣原料中的釩可在低溫氯化的工序中回收利用;所述初鐵粉副產(chǎn)品可作為煉鋼的原料使用。
[0036]綜上所述，本發(fā)明利用一步直接固態(tài)還原法制備將含鈦物料還原得到碳化鈦和金屬鐵，該方法簡化了工藝流程，降低電耗/能耗，并且利用該方法獲得高附加值的碳化鈦原料，同時兼鐵釩的回收，總體提升了釩鈦礦利用的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。
[0037]盡管這里參照本發(fā)明的解釋性實施例對本發(fā)明進行了描述，上述實施例僅為本發(fā)明較佳的實施方式，本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，其特征在于它包括以下步驟: (1)取含鈦物料粒度小于0.0 7 4 m m的比例彡3 5 W t %的含鈦物料、含碳料粒度小于0.074mm的比例多30wt %的含碳料，按一定比例混合均勻后，得到初始混合均勻料，然后將初始混合均勾料造礦或壓制成球，并干燥至水分< 1.5wt% ；所述含鈦物料為銀鈦鐵精礦或鈦精礦； (2)將干燥后的混合料加入到還原爐中，在溫度為1270?1400°C、爐內(nèi)氣壓小于101.4kPa的條件下，控制爐內(nèi)為非氧化性氣氛，進行還原反應(yīng)120min以上，獲得還原物料； (3)將還原物料出爐后在非氧化環(huán)境下降至室溫后，破磨、磁選，得到碳化鈦渣原料和初鐵粉副廣品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述含碳料為煤粉、焦炭、石墨、木炭中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的按一定比例混合是指以含鈦物料質(zhì)量為基準確定含碳料的配加量:10g含鈦料中Fe0、Fe203和T12的質(zhì)量分別為M^M2和M3，所述含碳料的對應(yīng)加入質(zhì)量計為M碳，M碳=[0.17Mi+0.23M2+(0.5?2.5)M3]/k%，其中，k%為含碳料中碳含量的質(zhì)量百分數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，其特征在于經(jīng)造礦或壓制成球，并干燥至水分<1.5*1:%后，所得的干燥球與初始混合均勻料相比，其體積密度增加2倍以上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述爐內(nèi)非氧化性氣氛為O2含量< 2 %、N2含量< 50 %的非氧化性氣氛。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述破磨、磁選是指采取先粗破選鐵后細磨或者直接細磨后磁選分離的方式。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述碳化鈦渣原料能作為低溫氯化制備TiCl4的原料，其碳化鈦渣原料中的釩能在低溫氯化的工序中回收利用。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鈦原料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述初鐵粉副產(chǎn)品能作為煉鋼的原料使用。
【文檔編號】C21B13/00GK105905902SQ201610488828
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】劉功國, 齊建玲, 李占軍, 秦潔
【申請人】攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司