[发明专利]快速还原熔炼含钛炉渣的方法

说明书

技术领域

本发明属于钛金属冶炼领域，具体涉及快速还原熔炼含钛炉渣的方法。

背景技术

钛是一种重量轻，强度高，具有金属光泽，抗腐蚀能力强的稀有金属。在采用钒钛磁铁矿冶金的过程中，会产生一些含钛的冶金炉渣，比如含钛高炉渣、直接还原炉渣等，这些炉渣中的钛(以TiO₂计)通常在15％～35％左右。由于钛含量较高，这些炉渣通常不适宜用来制备建材、水泥等，为避免堆放造成环境污染及资源浪费，必须对这些炉渣加以回收利用。

对这些炉渣中钛资源的回收利用，一是用酸处理制备钛白，但由于杂质含量高，耗酸量大且制备的产品质量达不到高的要求；另一种处理方法是采用氯化的方法制备四氯化钛，再转化为钛白等产品，但氯化温度过高，杂质元素参与反应会堵塞氯化炉。一种大规模回收这些炉渣中钛的方法，就是高温熔融还原，将其中的钛转化为碳化钛，使TiC含量达到10％～25％，其余为钙、硅、镁、铝等硅酸盐的碳化钛炉渣。

现有的还原这些含钛炉渣的方法通常是将冷态或热态的含钛炉渣装入电炉或矿热炉中，升温加热至一定温度后，再加入还原剂，通过反应将炉渣中的二氧化钛还原为碳化钛。存在熔化升温时间长，还原剂加料用时长，还原剂与熔渣混合不均匀，冶炼周期长，钛氧化物转化为碳化钛的转化率低，电耗高等缺点，造成整个工艺的经济性大打折扣，产业化前景微弱。

然而，由于含钛炉渣本身是一种冶金副产品，综合利用难度大，要将其转化为高附加值的富钛原料或产品，必须考虑的就是转化工艺的经济性与规模性。即需要开发的是一条简单的、低成本的处理路线，资源化利用的同时，还必须具备一定的经济性与规模性，才能实现产业化，走持续发展的道路，若转化工艺不具备经济性及规模性，则不能大规模的实现废渣的综合利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有还原含钛炉渣方法的熔化升温时间长，还原剂加料用时长，还原剂与熔渣混合不均匀，冶炼周期长，钛氧化物转化为碳化钛的转化率低，电耗高。

本发明解决上述技术问题的方案是提供一种快速还原熔炼含钛炉渣的方法，包括以下步骤：

a、将还原剂与刚出炉的热含钛炉渣混合后一起加入到还原炉中，在1500℃～1650℃预还原；

b、预还原后，将温度升至1600℃～1750℃，补加还原剂进一步高温还原熔炼；

c、熔炼结束后，停止加热，出渣，得到碳化钛炉渣。

上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤a所述反应的时间为3～6分钟/吨含钛炉渣。

上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤a和b所述的还原剂为石墨、增碳剂、烟煤、无烟煤或焦炭中的任意一种。

上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤a所述还原剂的加入量为含钛炉渣质量的4％～15％。所述还原剂的粒度1～10mm；优选为1～5mm。

上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤b所述还原剂的加入量为含钛炉渣质量的5％～25％。所述还原剂的粒度小于3mm；优选为0.2～1mm。

上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤b所述补加还原剂的方式为：将还原剂喷吹到还原炉内。所述的喷吹为底吹、侧吹或顶吹。所述喷吹的速度为10kg/min～85kg/min；优选的，所述喷吹的速度为25kg/min～55kg/min。

上述快速还原熔炼含钛炉渣的方法中，步骤b所述进一步高温还原熔炼的时间为5～8分钟/吨含钛炉渣。

本发明提供的快速还原熔炼含钛炉渣的方法，直接热装含钛炉渣，最大限度的利用了炉渣的显热，节约了转化电耗。本发明创造性地采用不同的还原剂加入方式，前期与热渣一起预加入部分还原剂，可达到快速升温，提早反应的目的；后期采用喷射冶金的原理，将还原剂喷吹入高温炉渣中，可增加液固接触面积，加快反应进程，有效改善了还原熔炼的动力学过程。同时，本发明还创造性地采用不同粒度的还原剂，前期采用粗颗粒还原剂，保证还原剂能够均匀的混合于熔渣中，而不是漂浮在表面；后期采用粉状还原剂，保证了喷吹的均匀性与反应的快速性。本发明提供的方法，整个过程热量损失小，还原反应快，时间短、能耗低。利用本发明的方法处理含钛炉渣，既能提高产能，还能降低成本，是一条流程简单、可兼顾经济性与规模化的综合利用冶金含钛炉渣，提高其附加值的有效途径。

具体实施方式

快速还原熔炼含钛炉渣的方法，包括以下步骤：

a、将还原剂与刚出炉的热含钛炉渣混合后一起加入到还原炉中，在1500℃～1650℃预还原；