一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，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。本发明专利技术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，得到的产品价值高,且对环境友好。

A comprehensive use of vanadium and titanium magnetite to prepare the system and method of titanium carbide

The invention relates to a comprehensive utilization of vanadium titanium magnetite titanium carbide preparation system, among them, the system includes a gas based shaft furnace, melting and separation and purification system, including gas based shaft furnace pellet, reduction of V-Ti magnetite entrance gas entrance and schreyerite sponge iron exports, the melting device comprises a schreyerite sponge iron entrance, hydrogen entrance, exhaust outlet, hot metal containing vanadium and titanium carbide slag rich export export, sorting purification system includes rich titanium carbide and titanium carbide slag entrance exit, entrance schreyerite sponge iron sponge iron export schreyerite gas based shaft furnace connected melting device, reducing gas entrance gas outlet is connected melting gas based shaft furnace the titanium carbide rich slag melting entrance divider rich titanium carbide slag outlet connection sorting purification system. The invention also relates to a method for the preparation of titanium carbide using the system. The system uses gas based direct reduction of magnetite melting short process of smelting process, can make full use of TiO2 in the slag, the value of the product is high, and is friendly to the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统及方法
本专利技术总地涉及冶金
，具体涉及一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统及方法。
技术介绍
碳化钛(TiC)是一种具有金属光泽的铜灰色结晶体，晶型构造为正方晶系。TiC具有很高的熔点和硬度，熔点为3150℃±10℃，沸点4300℃，莫式硬度为9.5，显微硬度为2.795GPa，它的硬度仅次于金刚石。TiC具有良好的传热性能和导电性能，随着温度升高其导电性降低，这说明TiC还具有金属性质。TiC是已知的最硬的碳化物，是生产硬质合金的重要原料。因此含有TiC的刀具比碳化钨(WC)及其它材料的刀具具有更高的切削速度和更长的使用寿命。如果在其他材料(如WC)的刀具表面上沉积一层TiC薄层时，则可大大提高刀具的性能。TiC还具有热硬度高、摩擦系数小、热导率低等特点。TiC粉末由于具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、高强度、高硬度、导热导电等性能而被广泛应用于制作陶瓷、切削刀具、耐磨耐火材料、航空和冶金等领域。目前国内外制备TiC粉末的方法主要有碳热还原氧化钛(TiO2)法、直接反应法等。碳热还原法是合成TiC最常用的方法，是一种比较成熟的制备TiC粉末技术。目前工业生产碳化钛粉末是用炭黑还原二氧化钛来制备的，反应的温度范围在1700-2100℃，反应方程式为TiO2(s)+3C(s)＝TiC(s)+2CO(g)，且在还原过程中需要保温10-24小时(h)。该技术需要采用高纯TiO2或钛铁矿作为原料，并且还原剂要求是炭黑，还原过程缓慢，需要反应时间长。直接反应法为利用Ti粉和炭分反应生成TiC。化学反应式为：Ti(s)+C(s)＝TiC。但由于很难制备亚微米级金属Ti粉,该方法的应用受到限制，且上述反应需5-20h才能完成,反应过程较难控制,反应物团聚严重,需进一步的粉磨加工才能制备出细颗粒TiC粉体。此外，由于金属钛粉的价格昂贵，使得合成TiC的成本也高。综上所述，现有技术中的碳化钛制备方法，存在着工艺复杂、效率较低、能耗和成本较高等问题。目前钒钛磁铁矿冶炼主要为高炉-转炉流程，由于该流程产品是钢铁，高炉渣中(TiO2)含量低，约在25％以下，并且包含其他杂质成分。因此，目前尚没有成熟工艺可以将钒钛磁铁矿中的TiO2进行回收利用，导致Ti资源的严重浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前钒钛矿高炉冶炼存在着能耗高、含钛高炉渣无法资源化利用问题，提出一种新的气基直接还原钒钛磁铁矿生产半钢水、钒渣和碳化钛方法，充分利用气基竖炉还原后海绵铁中渣相含钛高(60-80wt％)的优点，生产碳化钛产品，对钛资源进行资源化利用。本专利技术提供了一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述系统包括气基竖炉、熔分器和分选提纯系统。所述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。所述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。所述分选提纯系统包括富碳化钛炉渣入口和碳化钛出口。所述气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口连接所述熔分器的钒钛矿海绵铁入口，所述熔分器的尾气出口连接所述气基竖炉的还原气入口，所述熔分器的富碳化钛炉渣出口连接所述分选提纯系统的富碳化钛炉渣入口。优选地，根据前述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述系统还包括渗碳炉，所述气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口、所述渗碳炉和所述熔分器的钒钛矿海绵铁入口顺次连接，所述渗碳炉还包括一氧化碳入口。优选地，根据前述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述系统还包括造球系统，所述造球系统包括造球装置和焙烧装置。所述造球装置包括原料入口和钒钛磁铁矿球团出口。所述焙烧装置包括钒钛磁铁矿球团入口和钒钛磁铁矿氧化球团出口。所述造球装置的钒钛磁铁矿球团出口连接所述焙烧装置的钒钛磁铁矿球团入口，所述焙烧装置的钒钛磁铁矿氧化球团出口连接所述气基竖炉的钒钛磁铁矿氧化球团入口。所述造球装置能够为圆盘造球机。所述焙烧装置能够为链篦机-回转窑、带式焙烧机或竖炉焙烧装置。或优选地，根据前述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述系统还包括转炉，所述转炉包括含钒铁水入口、铁水出口和钒渣出口，所述含钒铁水入口连接所述熔分器的含钒铁水出口。更优选地，根据前述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其中，所述熔分器为超重力熔分器。所述分选提纯系统包括依次连接的浮选装置和酸浸装置。本专利技术还提供了一种使用前述的系统制备碳化钛的方法，其中，所述制备碳化钛的方法包括：(1)采用含甲烷的还原气在所述气基竖炉中还原钒钛磁铁矿氧化球团得到钒钛矿海绵铁，还原温度为1000-1100℃。(2)将所述钒钛矿海绵铁在所述熔分器中进行碳化熔分反应得到含钒铁水、富碳化钛炉渣和尾气，反应气体为氢气，反应温度为1700-1800℃，所述富碳化钛炉渣输送至所述分选提纯系统，所述尾气输送至所述气基竖炉作为步骤(1)中所述还原气的一部分。(3)将所述富碳化钛炉渣在所述分选提纯系统中进行分选提纯得到碳化钛。优选地，根据前述的制备碳化钛的方法，其中，步骤(1)和步骤(2)之间还包括：(A)采用CO在所述渗碳炉中对所述钒钛矿海绵铁进行渗碳得到含碳量为7-10wt％的钒钛矿海绵铁，渗碳温度为650-700℃。优选地，根据前述的制备碳化钛的方法，其中，步骤(1)之前还包括制备所述钒钛磁铁矿氧化球团，其包括以下步骤：(B)将钒钛磁铁矿、有机粘结剂和水以质量比为88-91:2-3:7-9在所述造球装置中进行混合造球得到钒钛磁铁矿球团，(C)将所述钒钛磁铁矿球团经干燥后在焙烧装置中进行焙烧得到所述钒钛磁铁矿氧化球团，所述钒钛磁铁矿氧化球团的孔隙率为20％以上。步骤(3)所述的分选提纯包括以下步骤：(D)将所述富碳化钛炉渣冷却后研磨成粉末，(E)将所述粉末在所述浮选装置中进行浮选分离得到碳化钛，(F)采用盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种在所述酸浸装置中对所述碳化钛进行提纯。或优选地，根据前述的制备碳化钛的方法，其中，步骤(3)之后还包括：(G)将所述含钒铁水在所述转炉中进行提钒得到钒渣和半钢水。步骤(2)还包括利用超重力分离所述含钒铁水和所述富碳化钛炉渣。更优选地，根据权利要求6-9中任一项所述的制备碳化钛的方法，其中，步骤(1)的所述还原气中，甲烷含量为10-12V％(即体积百分比)，H2+CO>75V％，H2/CO的体积分数比为1.5，所述还原压力为0.2-0.5MPa。步骤(2)中所述反应时间为4-6h，所述超重力分离的离心力为重力的1.5-2倍，所述超重力分离时间为5-10分钟(min)。步骤(B)中所述钒钛磁铁矿的品位为TFe为59-64wt％，TiO2为6-15wt％，V2O5为0.6-1wt％，其他脉石含量低于3wt％，粒度小于200目，其中小于300目占比达85％以上，所述有机粘结剂为羧甲基纤维素钠。步骤(C)中所述焙烧温度为1200-1300℃，所述焙烧时间为15-25min。步骤(D)中所述粉末粒度为200目以下。步骤(E)中所述浮选药剂为油酸、黄药或环烷酸，pH范围为1-7，pH调节剂为盐酸和/或氢氧化钠。本专利技术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，得到的产品价值高，且对环境友好。采用有机粘结剂造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述系统包括气基竖炉、熔分器和分选提纯系统，所述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，所述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，所述分选提纯系统包括富碳化钛炉渣入口和碳化钛出口，所述气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口连接所述熔分器的钒钛矿海绵铁入口，所述熔分器的尾气出口连接所述气基竖炉的还原气入口，所述熔分器的富碳化钛炉渣出口连接所述分选提纯系统的富碳化钛炉渣入口。

【技术特征摘要】
1.一种综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述系统包括气基竖炉、熔分器和分选提纯系统，所述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，所述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，所述分选提纯系统包括富碳化钛炉渣入口和碳化钛出口，所述气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口连接所述熔分器的钒钛矿海绵铁入口，所述熔分器的尾气出口连接所述气基竖炉的还原气入口，所述熔分器的富碳化钛炉渣出口连接所述分选提纯系统的富碳化钛炉渣入口。2.根据权利要求1所述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述系统还包括渗碳炉，所述气基竖炉的钒钛矿海绵铁出口、所述渗碳炉和所述熔分器的钒钛矿海绵铁入口顺次连接，所述渗碳炉还包括一氧化碳入口。3.根据权利要求1所述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述系统还包括造球系统，所述造球系统包括造球装置和焙烧装置，所述造球装置包括原料入口和钒钛磁铁矿球团出口，所述焙烧装置包括钒钛磁铁矿球团入口和钒钛磁铁矿氧化球团出口，所述造球装置的钒钛磁铁矿球团出口连接所述焙烧装置的钒钛磁铁矿球团入口，所述焙烧装置的钒钛磁铁矿氧化球团出口连接所述气基竖炉的钒钛磁铁矿氧化球团入口。4.根据权利要求1所述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述系统还包括转炉，所述转炉包括含钒铁水入口、铁水出口和钒渣出口，所述含钒铁水入口连接所述熔分器的含钒铁水出口。5.根据权利要求1-4中任一项所述的综合利用钒钛磁铁矿制备碳化钛系统，其特征在于，所述熔分器为超重力熔分器，所述分选提纯系统包括依次连接的浮选装置和酸浸装置。6.一种使用权利要求1-5中任一项所述的系统制备碳化钛的方法，其特征在于，所述制备碳化钛的方法包括：(1)采用含甲烷的还原气在所述气基竖炉中还原钒钛磁铁矿氧化球团得到钒钛矿海绵铁，还原温度为1000-1100℃；(2)将所述钒钛矿海绵铁在所述熔分器中进行碳化熔分反应得到含钒铁水、富碳化钛炉渣和尾气，反应气体为氢气，反应温度为1700-1800℃，所述富碳化钛炉渣输送至所述分选提纯系统，所述尾气输送至所述气基竖炉作为步骤(1)中所述还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：员晓，温雨鑫，裴培，赵吉诗，刘亮，曹志成，吴道洪，
申请(专利权)人：江苏省冶金设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32