一种低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法技术

本发明专利技术提供了一种低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，其利用预氧化含钛铁矿物粉末后进行气基还原，然后熔分得到生铁和高钛渣产品，与传统电炉冶炼钛渣工艺相比，能够在较低的900~1300℃的温度环境下还原1~5小时后在1500~1600℃的温度下熔分15~25分钟得到高钛渣产物，综合能耗更低，效率更高，降低了成本，达到了高效低耗低成本分离生铁和钛渣的目的，同时还提高了对铁元素的金属化回收率，也使得得到的高钛渣的品位更高；由此，本发明专利技术为生产高钛渣提供了一种新工艺，解决了现有技术中制备高钛渣工艺复杂、生产效率低、成本高昂、能耗大等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金化工
，具体涉及一种低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法。
技术介绍
钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。过去的几十年，世界各国致力于开发新的低成本钛冶炼工艺。储量丰富的钛铁矿是金属钛或钛白粉生产的主要原料，但其品位低，必须先经过富集处理为品位较高的富钛料。可见，富钛料的制备已成为钛工业生产过程的重要环节。目前在工业生产中，对钛铁矿的利用主要是采用电炉熔炼法，该方法首先将钛铁矿与煤或焦炭在电炉中熔炼，电炉加热至1700℃以上，冶炼8个小时左右使钛铁矿中的铁氧化物还原为金属铁，在炉中实现渣铁分离，从而获得生铁和高钛渣，由于还原温度高、时间长，因此综合能耗较高。并且，由于在炉中实现渣铁分离，为了保证所得渣料的流动性，必须保持渣中含有持8~12%的FeO，一方面使得所得高炉渣的品位偏低，另一方面也导致了铁元素的金属化率不足，影响了对铁元素的回收率。可见，传统的电炉冶炼工艺制备高钛渣的方法存在着工艺复杂、成本高、能耗大等诸多问题，因此亟需一种新的低成本、低能耗、高效率的高钛渣制备工艺。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种低能耗、高效率的低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，以解决现有电炉冶炼工艺制备高钛渣存在的工艺复杂、生产效率低、成本高昂、能耗大等问题。为实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，包括如下步骤：1）将含钛铁矿物原料进行破碎处理，得到含钛铁矿物粉末备用；2）对含钛铁矿物粉末进行氧化处理，得到含钛铁矿物粉末氧化物；3）将所得的含钛铁矿物粉末氧化物放入还原炉中，并向还原炉内持续通入还原性气体和惰性气体的混合气体，在900~1300℃的温度下进行还原，还原时间为1~5小时，并在还原处理过程中回收尾气；4）还原完成后，将还原后所得的高钛渣粗品转入至熔分炉中，并向熔分炉内加入熔融催化剂后持续通入防氧化保护气体，在1500~1600℃的温度下进行熔分，熔分时间为15~25分钟，分离得到生铁和高钛渣产品。上述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，作为优选方案，所述含钛铁矿物原料为钛精矿、钛铁矿、钛铁精矿或钒钛磁铁矿，且其中TiO2的质量百分含量大于30%。上述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，作为优选方案，所述步骤1）中，要求破碎所得钛铁矿物粉末中粒度在小于100目的颗粒占总重量的60%以上。上述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，作为优选方案，所述步骤2）中，对含钛铁矿物粉末在温度为600~1100℃的氧化气氛环境中进行氧化处理，氧化时间为20~80分钟，且氧化气氛环境中氧气的体积百分含量占20%以上。上述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，作为优选方案，所述步骤3）中采用的还原性气体为CO、H2、CH4中的一种或几种的混合气体，或者为页岩气、天然气、煤气、沼气中的一种。上述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，作为优选方案，所述步骤3）中，向还原炉内通入的还原性气体和惰性气体的混合气体中，还原性气体的体积百分含量占30%以上。上述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，作为优选方案，所述步骤3）中，在还原处理的过程中回收的尾气用以进行分离处理，分离出其中的还原性气体重新加入到还原炉中参与还原反应，或者用以作为加热还原炉的燃料。上述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，作为优选方案，所述步骤4）中采用的熔融催化剂为Na2CO3，且熔融催化剂的添加量为高钛渣粗品总质量的1%~5%。上述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，作为优选方案，所述步骤4）中采用的防氧化保护气体为氩气、氮气或二氧化碳气体。上述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，作为优选方案，所述步骤4）中，将步骤3）的还原处理的过程中回收的尾气进行分离处理，分离出其中的还原性气体作为防氧化保护气体的组成部分通入熔分炉内。相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、利用预氧化含钛铁矿物粉末后进行气基还原，然后熔分得到生铁和高钛渣产品，与传统电炉冶炼钛渣工艺相比，能够在较低的900~1300℃的温度环境下还原1~5小时后在1500~1600℃的温度下熔分15~25分钟得到高钛渣产物，综合能耗更低，效率更高，降低了成本，达到了高效低耗低成本分离生铁和钛渣的目的。2、本专利技术低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，其气基还原过程中的尾气中含有未反应完全的还原性气体，能够加以回收再利用，进一步的节省还原加热能耗。3、本专利技术低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法中，其熔分过程中通过加入Na2CO3作为熔融催化剂，能够降低渣铁分离温度，流动性变好，避免了传统电炉冶炼工艺为了保证渣的流动性而必须在渣中保持8%~12%的FeO的方式，因此对铁元素的金属化率更高，铁元素回收率更高的同时也使得得到的高钛渣的品位更高。4、本专利技术低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，为生产高钛渣提供了一种新工艺，解决了现有技术中制备高钛渣工艺复杂、生产效率低、成本高昂、能耗大等问题。附图说明图1是本专利技术低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法的流程框图。图2是本专利技术实施例一和实施例二中含钛铁矿物粉末氧化物在还原过程中的失重曲线图。图3是本专利技术实施例一中制备所得高钛渣粗品的XRD物相图。具体实施方式针对于现有工艺中采用电炉熔融冶炼制备高钛渣，采用8~12%的FeO保持渣的流动性生产钛渣效率低、能耗高、成本大、工艺复杂的问题，本专利技术提供了一种生产高钛渣的新工艺，即低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法。本专利技术低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法流程如图1所示，具体包括如下步骤：1）将含钛铁矿物原料进行破碎处理，得到含钛铁矿物粉末备用。该步骤中采用的含钛铁矿物原料可以是钛精矿、钛铁矿、钛铁精矿或钒钛磁铁矿，且其中TiO2含量最好能够大于30%，这样更有利于使得所得高钛渣产品的品位得到保证。而另一方面，通过破碎处理所得的钛铁矿物粉末中粒度在小于100目的颗粒最好能够占总重量的60%以上，这样是为了有利于后续步骤中含钛铁矿物原料中的TiO2以及FeO能够较为充分地被接触还原。2）对含钛铁矿物粉末进行氧化处理，得到含钛铁矿物粉末氧化物。含钛铁矿物中脉石含量多，结构致密，且多是共生矿，矿石选矿分离非常困难，造成了现有的含钛铁矿物冶炼工艺需要依靠1700℃以上的高温在电炉中还原熔分8小时后得到高钛渣产品和生铁，造成能耗较高。针对于这一问题，本专利技术在进行还原前，先对含钛铁矿物粉末进行氧化处理，其作用是使得含钛铁矿物粉末中的晶体结构和物相发生改变，致使矿物还原变得容易，使其反应活化能降低25%以上，从而使得后期对其还原处理的温度得到降低、时间得以缩短，提升还原反应效率。具体操作时，由于是对含钛铁矿物粉末进行氧化处理，优选采用流化床作为氧化炉，并且作为优选方案，最好对含钛铁矿物粉末在温度为600~1100℃的氧化气氛环境中进行氧化处理，氧化时间为20~80分钟，且氧化气氛环境中氧气含量占20%以上，以确保氧化充分。3）将所得的含钛铁矿物粉末氧化物放入还原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将含钛铁矿物原料进行破碎处理，得到含钛铁矿物粉末备用；2）对含钛铁矿物粉末进行氧化处理，得到含钛铁矿物粉末氧化物；3）将所得的含钛铁矿物粉末氧化物放入还原炉中，并向还原炉内持续通入还原性气体和惰性气体的混合气体，在900~1300℃的温度下进行还原，还原时间为1~5小时，并在还原处理过程中回收尾气；4）还原完成后，将还原后所得的高钛渣粗品转入至熔分炉中，并向熔分炉内加入熔融催化剂后持续通入防氧化保护气体，在1500~1600℃的温度下进行熔分，熔分时间为15~25分钟，分离得到生铁和高钛渣产品。

【技术特征摘要】
1.一种低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将含钛铁矿物原料进行破碎处理，得到含钛铁矿物粉末备用；2）对含钛铁矿物粉末进行氧化处理，得到含钛铁矿物粉末氧化物；3）将所得的含钛铁矿物粉末氧化物放入还原炉中，并向还原炉内持续通入还原性气体和惰性气体的混合气体，在900~1300℃的温度下进行还原，还原时间为1~5小时，并在还原处理过程中回收尾气；4）还原完成后，将还原后所得的高钛渣粗品转入至熔分炉中，并向熔分炉内加入熔融催化剂后持续通入防氧化保护气体，在1500~1600℃的温度下进行熔分，熔分时间为15~25分钟，分离得到生铁和高钛渣产品。2.根据权利要求1所述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，其特征在于，所述含钛铁矿物原料为钛精矿、钛铁矿、钛铁精矿或钒钛磁铁矿，且其中TiO2的质量百分含量大于30%。3.根据权利要求1所述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，其特征在于，所述步骤1）中，要求破碎所得钛铁矿物粉末中粒度在小于100目的颗粒占总重量的60%以上。4.根据权利要求1所述低温气基还原含钛铁矿物粉末制备高钛渣的方法，其特征在于，所述步骤2）中，对含钛铁矿物粉末在温度为600~1100℃的氧化气氛环境中进行氧化处理，氧化时间为20~80分钟，且氧化气氛环境中氧气的体积百分...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕学伟，吕炜，张颖异，白晨光，胡凯，李生平，范刚强，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50