钛铁原料选择性还原与冶金新流程探索.docx

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2010年4月第2期朱鸿民等:钛铁原料选择性还原与冶金新流程探索.77

钛铁原料选择性还原与冶金新流程探索

朱鸿民,高承君,黄凯,曹战民

(北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)

[摘要]以钒钛磁铁精矿、钛精矿和高钛渣为原料,通过碳热还原分别将铁和钛还原至金属铁和碳氧化钛,得到Fe-TiCxOy-MOx复合物。经过湿法分离提纯得到了高纯碳氧化钛。这一选择性碳热还原和湿法分离的方法为高效率利用钒钛磁铁矿等钛、铁资源冶金新流程奠定了基础。

[关键词]钒钛磁铁矿;碳热还原;湿法分离;综合利用

[中图分类号]TF823[文献标识码][文章编号]1672-6103(2010)02-0077-04

0前言

我国具有丰富的钛矿资源,仅四川攀枝花—西昌地区探明储量的钒钛磁铁矿就达100亿吨以上,占世界钛矿资源的35%,占全国钛资源的91%。自1970年攀钢集团1号高炉投产将钒钛磁铁矿成功炼铁,至今已有近40年,主要成份中的铁和钒得到了较好的利用,但是钛资源却未能得到有效利用。

图1为现行钒钛磁铁矿冶金过程的主要流程以及钛、铁、钒的利用率。可以明显的看到,按现行的钛铁矿以及钒钛磁铁矿的冶金流程钛资源的利用率极其低下,而且在高炉炼铁时其中的钛成分因在还原过程中形成的低价钛氧化物以及碳化物和氮化物的混合体以固体的形式析出,从而造成炉渣的粘度高、流动性差而阻碍高炉炼铁的正常运行。可见从钛资源的利用角度来看,现行的钛铁矿冶金流程是极其不合理的。

就钒钛磁铁矿中主成分的高效利用而言,比较合理的冶金流程应该是非高炉还原、液态分离的方式。2005年朱鸿民等提出了一种通过碳热还原和熔盐电解提取金属钛的流程,即USTB工艺。该方法首先用碳热还原将氧化钛还原为低价碳氧化物,进而以此类碳氧化物为阳极在熔融盐体系中电解溶出,与此同时在阴极获得金属钛。USTB工艺明确了从二氧化钛原料出发碳热还原至一氧化钛与碳化钛的固溶体即TiC.0,,并对其成分作了明确的规定,实

[作者简介]朱鸿民(1962一),男,教授,博士生导师。[收稿日期]2009-01-27

矾钛磁铁原矿

矾钛磁铁原矿

100%Fe,100%Ti,100%V

选矿

矾钛磁铁精矿

75%Fe,54%Ti,82%V

高炉冶炼

电炉冶炼高钛型高炉渣

50%Ti

铁水

高钛渣一13%Ti

氯化还蒸

半钢

67%Fe

海绵钛9%Ti

硫酸法/氯化法炼钢

钛白钢坯V?O?

11%Ti60%Fe39%V

含钒铁水68%Fe、60%V

转炉提钒

钒渣

48%V

水法提钒

磁选尾矿46%Ti

选矿

钛精矿14%Ti

尾矿

炼钢

图1钒钛磁铁矿现有流程

现了高品质金属钛的提取。此工艺具有流程短,中间产物少等特点,有望成为低成本、低污染生产金属钛的新流程。

由于USTB工艺的中间产品为钛碳氧化合物(TiC?O,),其原料并不一定需要纯的二氧化钛,考虑到钛铁矿中除了钛以外其他氧化物中只有铁可能在此类钛碳氧化合物TiC.O,产生之前被还原,因此可以设想从钛的低品位原料,即从钒钛磁铁矿的各

·78·中国有色冶金B卷研究开发篇·试验研究

种初级产品出发,选择性的还原铁和钛至金属铁和钛碳氧化物TiC.O,,进而分离金属铁、TiC.O,和未还原的其他氧化物。分离后获得TiC?O,既可以用于USTB的熔融盐电解原料,又可以用于钛白粉原料。这一流程的示意图如图2所示。本文从钒钛磁铁矿不同阶段的原料出发,按照这一设想,验证选择性还原以及后续分离的可能性。

矾钛磁铁原矿

矾钛磁铁原矿

100%Fe,100%Ti,100%V

尾矿选矿

矾钛磁铁精矿

85%Fe,70%Ti,85%V

选择性还原冶炼

钛渣复合物

湿法酸浸

钛碳氧固溶体60%Ti

水法提钒

V?O?40%V

含钒铁水76%Fe,61%V

转炉提钒

半钢75%Fe

炼钢

钢坯61%Fe

熔盐电解

海绵钛52%Ti

氯化法

钛白54%Ti

钒渣49%V

图2钒钛磁铁矿综合利用新流程

1实验

本研究对不同成分钛铁原料通过碳热还原将氧化铁FeO?(指Fe?O?、Fe?O?和FeO)还原至金属铁,将二氧化钛TiO?还原至碳氧化物TiC?O,在此x,y

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