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CN110804682A - 含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法 - Google Patents

含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法 Download PDF

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CN110804682A CN201911120428.9A CN201911120428A CN110804682A CN 110804682 A CN110804682 A CN 110804682A CN 201911120428 A CN201911120428 A CN 201911120428A CN 110804682 A CN110804682 A CN 110804682A
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刘亚东
黄家旭
赵青娥
王东生
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Abstract

本发明公开的是冶金技术领域的一种含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，包括以下步骤：将含铁焦炭与含钛高炉渣均匀混合并压块；将块状物料放入加热炉中进行高温处理；取出块状物料进行破碎研磨；对得到的粉末进行磁选，选出的含铁粉料即为富集TiC的精渣。本发明利用TiC晶粒容易在铁粒周围富集长大的特点，预先通过含铁焦炭使含钛高炉渣中95％左右的Ti元素选择性地以TiC的形式在铁粒周围富集长大，得到的Fe‑TiC结合体平均粒径可达230μm左右，为进一步进行磁选分离创造了条件，选分后的精渣TiC含量可达25％～30％，Ti元素的回收率可达80％～90％，进而可以有效地增大TiC与氯气接触的机会，促进氯化反应的发生，同时减少反应中氯气的消耗，最终提高氯化效率。

Description

含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法。
背景技术
为了提取含钛高炉渣中的钛，国内许多研究机构开展了相关研究，目前来看，含钛高炉渣“高温碳化一低温氯化制取TiCl4及建筑材料”的工艺是最具产业化前景的技术路线之一。而目前，在含钛高炉渣“高温碳化一低温氯化制取TiCl4及建筑材料”的工艺中，存在碳化过程中焦炭上浮现象严重，碳化渣成品中TiC的品位不高，TiC颗粒的粒径较小(只有几个到十几个微米)，导致了低温氯化工艺中氯化效率不高的结果。如果能预先提高碳化渣成品中TiC的含量，将大大提高反应效率。目前有研究表明，在高炉钛渣中加入适量Fe2O3对Ti(C,N)的生成总量影响不大，但先期还原得到的金属铁可以充当Ti(C,N)的生长核心，能有效促进Ti(C,N)晶粒的形成以及团聚长大。但当Fe2O3的加入量增加到10％时，Ti(C,N)晶粒团聚体平均尺寸也只能达到7.4μm左右，其粒径不能达到选矿的要求，也就无法提高碳化渣中的TiC含量。
发明内容
为克服现有碳化渣成品中TiC的品位不高，粒径小，导致低温氯化工艺中氯化效率不高等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可使含钛高炉渣中钛元素选择性富集长大并从高炉渣中分离出来的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，包括以下步骤：
A、将含铁焦炭与含钛高炉渣按质量比1:2.5～3均匀混合；
B、对混合物料进行压块；
C、将块状物料放入加热炉中进行高温处理，先加热到1400～1600℃，然后保温，最后冷却至室温；
D、取出块状物料，对块状物料进行破碎研磨；
E、对得到的粉末进行磁选，选出的含铁粉料即为富集TiC的精渣。
进一步的是，步骤A中的含铁焦炭的制备方法包括以下步骤：
a、将焦煤与铁粉按质量比1:1～1.5均匀混合并研磨；
b、对研磨后的粉料进行压块；
c、将块状物料放入加热炉中进行高温处理，先加热到1000～1200℃，然后保温，再冷却至室温；
d、取出块状物料进行破碎研磨，得到含铁焦炭粉料。
进一步的是，在步骤a中，焦煤与铁粉的混合料颗粒需研磨至60～80μm。
进一步的是，在步骤b中对粉料进行压块时，压力不小于10MPa。
进一步的是，在步骤c中进行高温处理时，在加热炉中通氩气保护，升温速度和冷却速度均为5～10℃/min，升温后的保温时间不小于2h。
进一步的是，步骤d中将块状物料破碎研磨成0.3～0.6mm的铁焦颗粒。
进一步的是，在步骤A中，加入的含钛高炉渣的粒径控制在60～80μm。
进一步的是，步骤C中对块状物料进行高温处理时，在加热炉中通氩气保护，升温速度和冷却速度均为5～10℃/min，升温后的保温时间不小于4h。
进一步的是，步骤D中对块状物料进行研磨时，需研磨至粒径小于200～250μm。
进一步的是，步骤E中磁场的磁场强度控制在150～300mT。
本发明的有益效果是：利用TiC晶粒容易在铁粒周围富集长大的特点，预先通过含铁焦炭使含钛高炉渣中95％左右的Ti元素选择性地以TiC的形式在铁粒周围富集长大，得到的Fe-TiC结合体平均粒径可达230μm左右，远大于机械选矿分离的要求，为进一步进行磁选分离创造了条件，选分后的精渣TiC含量可达25％～30％，Ti元素的回收率可达80％～90％，进而可以有效地增大TiC与氯气接触的机会，促进氯化反应的发生，同时减少反应中氯气的消耗，最终提高氯化效率。
附图说明
图1是本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：
A、将含铁焦炭与含钛高炉渣按质量比1:2.5～3均匀混合；
B、对混合物料进行压块；
C、将块状物料放入加热炉中进行高温处理，先加热到1400～1600℃，然后保温，最后冷却至室温；
D、取出块状物料，对块状物料进行破碎研磨；
E、对得到的粉末进行磁选，选出的含铁粉料即为富集TiC的精渣。
本发明的原理是：在1400～1600℃条件下，含钛高炉渣中各组元中，只有TiO2的还原碳化反应可以发生，并且TiC晶粒容易在铁粒周围富集长大，因此通过特定量的物料配比和高温处理，利用含铁焦炭还原碳化含钛高炉渣，使得渣中绝大部分的Ti元素选择性地以TiC的形式存在，并且TiC晶粒在铁粒周围富集长大，得到的Fe-TiC结合体尺寸远大于机械选矿分离的要求，因此可以通过磁选，实现碳化渣中Fe-TiC结合体的选分。
步骤A中所用的含铁焦炭，可以采用其它工艺中的中间产物，也可按以下方式进行制备，具体包括以下步骤：
a、将焦煤与铁粉按质量比1:1～1.5均匀混合并研磨；
b、对研磨后的粉料进行压块；
c、将块状物料放入加热炉中进行高温处理，先加热到1000～1200℃，然后保温，再冷却至室温；
d、取出块状物料进行破碎研磨，得到含铁焦炭粉料。
其中，在步骤a中，最好将焦煤与铁粉的混合料颗粒研磨至60～80μm，增大接触面积，提高反应效率，焦煤与铁粉的配比能够使碳化反应充分，使高炉渣中95％左右的Ti元素选择性地以TiC的形式在铁粒周围富集长大，得到Fe-TiC结合体。在步骤b中对粉料进行压块时，压力最好不小于10MPa，以便使焦煤与铁粉形成致密的含铁焦炭，为后续破碎成铁焦颗粒提供支持。在步骤c中进行高温处理时，需在加热炉中通氩气保护，避免铁粉和焦炭与空气反应，氩气的流量为1L/min左右即可，升温速度和冷却速度均控制在5～10℃/min为宜，升温后的保温时间不小于2h，有利于含铁焦炭的形成。最后，步骤d中优选将块状物料破碎研磨成0.3～0.6mm的铁焦颗粒，便于后续与高炉渣混合反应。
在利用含铁焦炭与含钛高炉渣进行碳化反应时，还需控制好以下工艺参数：在在步骤A中，加入的含钛高炉渣的粒径最好控制在60～80μm，便于与含铁焦炭充分接触反应。步骤C中对块状物料进行高温处理时，需在加热炉中通氩气保护，避免空气与含铁焦炭反应，氩气的流量为1L/min左右即可。升温速度和冷却速度均为5～10℃/min，升温后的保温时间不小于4h，有利于碳化反应以及Ti元素选择性地以TiC的形式在铁粒周围富集长大。最后，为了满足后续的磁选要求，在步骤D中对块状物料进行研磨时，需研磨至粒径小于200～250μm，与Fe-TiC结合体平均粒径230μm左右相当。
最后，在进行磁选时，最好将磁场的磁场强度控制在150～300mT，选分得到的精渣TiC含量可达25％左右，Ti元素的回收率达80～90％。磁场强度过大会吸取过多杂质，从而降低Ti元素的回收率。
下面通过实施进一步说明。
以某钢厂含钛高炉渣为原料实施本发明，其成分如表1所示：
表1含钛高炉渣的主要成分(wt％)
组元 CaO SiO<sub>2</sub> MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> TiO<sub>2</sub> FeO V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O MFe
含量 28.16 25.58 6.67 13.02 22.55 0.90 0.27 0.68 0.41 ＜0.5
实施例1
取100g焦煤与117g铁粉均磨细至74μm左右后均匀混合并压块(压力为10MPa左右)，将压块置于刚玉坩埚中，并将坩埚置于管式炉恒温带处并密封炉管。按如下温度制度进行烧制：5℃/min升至1055℃后保温2h，然后5℃/min降至室温(全程通氩气保护，流量为1L/min左右)。将样品进行破碎研磨后筛选粒径在0.3～0.6mm的铁焦作为备用。将10g熔融还原渣(粒径在74μm左右)与3.48g铁焦均匀混合。将混料压块并置于刚玉坩埚中，将坩埚置于管式炉恒温带处并密封炉管，按如下温度制度进行高温处理：5℃/min升至1500℃后保温4h，然后5℃/min降至室温(全程通氩气保护，流量为1L/min左右)。将碳化渣破碎磨细至230μm左右后进行磁选，磁场强度控制在150mT左右。
含钛高炉渣中95％左右的Ti元素选择性地以TiC的形式在铁粒周围富集长大。Fe-TiC结合体平均粒径达230μm左右(其中TiC平均径向长度达15μm左右)，远大于机械选矿分离的要求。选分后的精渣TiC含量达25％，Ti元素的回收率达90％。
实施例2
取100g焦煤与117g铁粉均磨细至74μm左右后均匀混合并压块(压力为10MPa左右)，将压块置于刚玉坩埚中，并将坩埚置于管式炉恒温带处并密封炉管。按如下温度制度进行烧制：5℃/min升至1055℃后保温2h，然后5℃/min降至室温(全程通氩气保护，流量为1L/min左右)。将样品进行破碎研磨后筛选粒径在0.3～0.6mm的铁焦作为备用。将10g熔融还原渣(粒径在74μm左右)与3.48g铁焦均匀混合。将混料压块并置于刚玉坩埚中，将坩埚置于管式炉恒温带处并密封炉管，按如下温度制度进行高温处理：5℃/min升至1500℃后保温4h，然后5℃/min降至室温(全程通氩气保护，流量为1L/min左右)。将碳化渣破碎磨细至230μm左右后进行磁选，磁场强度控制在300mT左右。
含钛高炉渣中95％左右的Ti元素选择性地以TiC的形式在铁粒周围富集长大。Fe-TiC结合体平均粒径达230μm左右(其中TiC平均径向长度达15μm左右)，远大于机械选矿分离的要求。选分后的精渣TiC含量达30％，Ti元素的回收率达80％。
综上所述，采用本发明所述的方法，选分后的精渣TiC含量可达25％～30％，Ti元素的回收率可达80％～90％，进而可以有效地增大TiC与氯气接触的机会，促进氯化反应的发生，同时减少反应中氯气的消耗，最终提高氯化效率，具有很好的实用性和应用前景。

Claims (10)

1.含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是，包括以下步骤：
A、将含铁焦炭与含钛高炉渣按质量比1:2.5～3均匀混合；
B、对混合物料进行压块；
C、将块状物料放入加热炉中进行高温处理，先加热到1400～1600℃，然后保温，最后冷却至室温；
D、取出块状物料，对块状物料进行破碎研磨；
E、对得到的粉末进行磁选，选出的含铁粉料即为富集TiC的精渣。
2.如权利要求1所述的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是：步骤A中的含铁焦炭的制备方法包括以下步骤：
a、将焦煤与铁粉按质量比1:1～1.5均匀混合并研磨；
b、对研磨后的粉料进行压块；
c、将块状物料放入加热炉中进行高温处理，先加热到1000～1200℃，然后保温，再冷却至室温；
d、取出块状物料进行破碎研磨，得到含铁焦炭粉料。
3.如权利要求2所述的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是：在步骤a中，焦煤与铁粉的混合料颗粒需研磨至60～80μm。
4.如权利要求2所述的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是：在步骤b中对粉料进行压块时，压力不小于10MPa。
5.如权利要求2所述的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是：在步骤c中进行高温处理时，在加热炉中通氩气保护，升温速度和冷却速度均为5～10℃/min，升温后的保温时间不小于2h。
6.如权利要求2所述的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是：步骤d中将块状物料破碎研磨成0.3～0.6mm的铁焦颗粒。
7.如权利要求1所述的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是：在步骤A中，加入的含钛高炉渣的粒径控制在60～80μm。
8.如权利要求1所述的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是：步骤C中对块状物料进行高温处理时，在加热炉中通氩气保护，升温速度和冷却速度均为5～10℃/min，升温后的保温时间不小于4h。
9.如权利要求1所述的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是：步骤D中对块状物料进行研磨时，需研磨至粒径小于200～250μm。
10.如权利要求1所述的含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法，其特征是：步骤E中磁场的磁场强度控制在150～300mT。
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