一种利用含钛高炉渣制备TiCl4的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用含钛高炉渣制备TiCl4的方法，以含钛高炉渣、碳质还原剂和含铁物料为原料，分别研磨至粉末状，并按照一定比例混合均匀，再将混合物料放入到加热炉内加热一定时间后冷却至室温，再通过碱溶

【技术实现步骤摘要】
一种利用含钛高炉渣制备TiCl4的方法


[0001]本专利技术涉及冶金尾渣再利用
，具体涉及一种利用含钛高炉渣制备TiCl4的方法。

技术介绍

[0002]含钛高炉渣是钒钛磁铁矿高炉炼铁的一种主要副产物，主要成分为TiO2、Al2O3、CaO、SiO2、MgO等。与普通高炉渣相比，含钛高炉渣中TiO2含量较高，最高可达到30％。由于含钛高炉渣中TiO2含量高，不能简单应用于建筑材料，当前没有较好方法处理含钛高炉渣，只能堆存。截至2020年，攀钢已经累计生产8000多万吨含钛高炉渣，目前还在以每年300多万吨的速度增加，大量含钛高炉渣的堆存占用了大量的土地资源，对环境也造成了负面影响。作为一种人造富钛资源，其含钛量高，因此，含钛高炉渣的综合利用受到广泛关注。
[0003]前期，攀钢集团经过研究，提出了高温碳化
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低温选择性氯化提钛工艺，是一种具备产业化应用前景的工艺路线。例如，CN87107488公开的“含钛高炉渣制取四氯化钛的方法”，是利用含钛高炉渣来制取四氯化钛的方法。高炉渣的二氧化钛含量为15
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35％。液态的含钛高炉渣直接流入到密闭电炉中加热到1600℃～1800℃与碳混合进行碳化，碳化完成后在空气中自然冷却，然后经过破碎、磨细后在400～550℃的流化床中经氯气氯化，分离得到粗TiCl4产品与氯化渣。
[0004]但是，采用上述高温碳化
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低温选择性氯化工艺，存在突出的问题：
[0005]1、在高温碳化还原过程中，虽然充分利用了液态高炉渣的物理热，但是仍旧存在碳化过程电耗高的问题，碳化过程中电耗成本达总成本的80％，而且存在电炉涨底以及产生泡沫渣现象，造成碳粉损失大，电极断裂，碳化时间长等问题。
[0006]2、采用700℃以下低温氯化会出现反应速度较慢、产能较低等问题，然而700℃以上的氯化过程中会生成氯化钙和氯化镁，氯化钙与氯化镁的液相析出后，容易造成床层熔融粘结，氯化过程无法继续进行。
[0007]3、碳化钛氯化过程中会放出大量的热，热量回收与热平衡控制也是低温选择性氯化过程中亟需解决的问题。
[0008]4、低温氯化得到的氯化渣由于氯离子含量远高于建筑材料允许标准，水洗除氯后的残渣按国家标准属于非活性混合材，而非活性混合材的掺量按国家规定不得大于水泥质量15％，所以氯化渣的用途问题没有得到解决，还将块状的高炉渣变成了粉末状的氯化渣，对环境的压力更大。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种利用含钛高炉渣制备TiCl4的方法，以解决现有技术中碳化过程能耗高、氯化过程难以控制、氯化渣难以处理的问题。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种利用含钛高炉渣制备TiCl4的方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1：取含钛高炉渣、碳质还原剂、含铁物料，将其分别破碎、研磨成粉末状，再将含钛高炉渣、碳质还原剂、含铁物料按一定比例混合，得到混合物I；其中，含铁物料的质量为含钛高炉渣的质量的10～220％，碳质还原剂的质量为混合物总质量的10～30％；
[0013]步骤2：将步骤1所得混合物I充分混合均匀，并制成体积为0.5～50cm3的块状的混合物II；
[0014]步骤3：将混合物II放入加热炉中，在900℃～1400℃的温度下反应60～600分钟，整个反应在惰性气体气氛或负压条件下完成，自然冷却至室温，得到含钛高炉渣的碳化渣；
[0015]步骤4：将碳化渣用碱液溶解，然后固液分离，得到固态渣和含铝溶液；
[0016]步骤5：对固态渣进行磁选，收集得到磁性固体和非磁性固体；
[0017]步骤6：将磁性固体加入到氯化炉中，通入氯气进行氯化反应，反应的温度为300～800℃、反应的时间为5min～180min，冷凝收集氯化烟得到液态四氯化钛，氯化渣为硅铁合金；
[0018]步骤7：向步骤4得到的滤液中通入CO2气体或加入晶种进行碳酸化分解或晶种分解，得到氢氧化铝晶体和碳分母液(或种分母液)；其中，氢氧化铝晶体进行煅烧，得到氧化铝；碳分母液(或种分母液)用于步骤4的碱溶。
[0019]进一步，所述碳质还原剂包括但不限于木炭、石油焦、焦炭、生物质碳或者煤中的一种或几种。
[0020]进一步，所述含铁物料包括但不限于铁屑、钢屑、铁矿粉、Fe2O3、Fe3O4或FeO中的一种或几种。
[0021]进一步，所述含钛高炉渣中，二氧化钛的质量分数为5％～35％。
[0022]进一步，以加铁质量计算，加入的所述含铁物料中的铁的质量为含钛高炉渣质量的10％～150％。
[0023]其中，所述步骤4中的碱液为NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3中的一种或几种的混合溶液，并且，所述碱液的浓度为5
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500g/L(以Na2O或K2O计)。
[0024]进一步，所述磁性固体为硅铁合金、碳化钛的混合物，所述非磁性固体为碳酸钙。
[0025]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0026]1、本专利技术创造性地将碳质还原剂与含钛高炉渣和含铁物料反应，三者在加热炉中进行碳热还原反应，一方面，由于加入了含铁物料，在进行碳热还原反应时，含钛高炉渣中的二氧化硅更易被还原为硅，并能够与金属铁结合生成硅铁合金。另一方面，碳化钛和硅铁合金都不溶于碱，并且都具有磁性，通过碱溶
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磁选处理能够高效分离得到碳化钛和硅铁合金的混合物。
[0027]2、本专利技术采用真空会使得一氧化碳的分压降低，从而使钛从高价被还原为碳化钛的起始温度有所降低，更容易被还原为碳化钛；同时也使得二氧化硅被还原为硅的起始温度降低。最终能够大幅度降低碳热还原反应的温度，降低碳热还原过程中的能源消耗。
[0028]3、本专利技术采用碱溶
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磁选的方法，能够有效地将硅铁合金、碳化渣的混合物与其他组分分离，将硅铁合金、碳化钛的混合物用于氯化，在氯化过程中，参与氯化反应的只有碳化钛和少量硅铁合金，没有氯化钙和氯化镁的产生，避免了氯化钙和氯化镁液相析出后导致床层熔融粘接而氯化过程无法继续进行的情况，优化了低温选择性氯化过程，产生的氯
化渣为硅铁合金，仍然可进行资源化利用。
[0029]4、本专利技术所述方法解决了含钛高炉渣大量堆存所带来的环境问题，在整个工艺流程中，没有废水、废气、废渣的产生，每一个步骤的产物都能够用于后续资源化利用，符合国家环保节能的发展理念。
[0030]5、本专利技术在对二者的混合物进行深入研究后发现，碳化钛生长在硅铁合金表面，且热力学上碳化钛比硅铁合金更容易氯化。因此，进行氯化反应时，碳化钛会优先被氯化，生成四氯化钛从而被冷凝回收，而氯化渣则是硅铁合金，得到四氯化钛的同时也实现了将其与硅铁合金的分离。
附图说明
[0031]图1为本专利技术工艺流程图。
具体实施方式
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用含钛高炉渣制备TiCl4的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：取含钛高炉渣、碳质还原剂、含铁物料，将其分别破碎、研磨成粉末状，再将含钛高炉渣、碳质还原剂、含铁物料按一定比例混合，得到混合物I；其中，含铁物料的质量为含钛高炉渣的质量的10~220%，碳质还原剂的质量为混合物总质量的10~30%；步骤2：将步骤1所得混合物I充分混合均匀，并制成体积为0.5~50cm3的团块状混合物II；步骤3：将团块状混合物II放入加热炉中，在900℃~1400℃的温度下反应60~600分钟，整个反应在惰性气体气氛或负压条件下完成，自然冷却至室温，得到含钛高炉渣的碳化渣；步骤4：将碳化渣用碱液溶解，然后固液分离，得到固态渣和含铝溶液；步骤5：对固态渣进行磁选，收集得到磁性固体和非磁性固体；步骤6： 将磁性固体加入到氯化炉中，通入氯气进行氯化反应，反应的温度为300~800℃、反应时间为5min~180min，冷凝收集氯化烟得到液态四氯化钛，氯化渣为硅铁合金；步骤7：向步骤4得到的含铝溶液中通入CO2气体或加入晶种进行碳酸化分解或晶种分解，得到氢氧化铝晶体和碳分母液（或种分母液）；其中，氢氧化铝晶体进行煅烧，得到氧化铝；碳分母液（或种分...

【专利技术属性】
技术研发人员：余文轴，姜正学，蒋伟燕，白晨光，张生富，吕学伟，温良英，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：