一种碳化钛原料的生产方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化钛原料的生产方法，它包括以下步骤：取具有特定物料粒度的含钛物料、含碳料，按一定比例混合均匀后，将混合料造矿或压制成球，并干燥至水分≤1.5wt％；所述含钛物料为钒钛铁精矿或钛精矿；将干燥后的混合料加入到还原炉中，在温度为1270～1400℃、炉内气压小于101.4kPa的条件下，控制炉内为非氧化性气氛，进行还原反应120min以上，获得还原物料；将还原物料出炉后在非氧化环境下降至室温后，破磨、磁选，得到碳化钛渣原料和初铁粉副产品。本发明专利技术改变了已有工艺流程繁琐、电耗/能耗过高、含钛料附加值低等问题，提升了钒钛矿利用的技术水平和经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种冶金
，具体涉及一种碳化钛原料的生产方法。
技术介绍
碳化钛TiC是具有金属光泽的铁灰色晶体，属于NaCl型面心立方结构，晶格常数为0.4329nm，空间群为Fm3m，在晶格位置上碳原子与钛原子是等价的，TiC原子间以很强的共价键结合，具有类似金属的若干特性，如高的熔点、沸点和硬度，硬度仅次于金刚石，有良好的导热和导电性，在温度极低时甚至表现出超导性。因此，TiC被广泛用于制造金属陶瓷，耐热合金、硬质合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件，用其制备的复相材料在机械加工、冶金矿产、航天和聚变堆等领域有着广泛的应用。钒钛磁铁矿是一种铁、钒、钛等多种有价元素共生的复合矿，攀西地区的保有储量约100亿吨，是我国目前最大的钒钛磁铁矿矿床，极具综合利用价值。目前钒钛磁铁矿的冶炼及利用主要分为两大类工艺：一是高炉冶炼工艺，采用的是传统“高炉——转炉”流程，矿石中的铁和钒得到了回收利用，钛由于受冶炼条件的制约，高炉渣中TiO2含量低(TiO2含量仅20％～22％)而没有回收利用，造成钛资源的浪费(目前已有含钛高炉渣电炉碳化制备碳化钛渣的一些研究，碳化过程在电炉内超高温反应，额外需要焦炭、电能等)；二是非高炉冶炼工艺，如回转窑、转底炉、流化床等直接还原工艺，其原理都是先直接还原后电炉冶炼，获得含钒铁水和含钛炉渣，获得的含钛炉渣中钛品位约在40％～45％左右并以TiO2形式存在，只能作为硫酸法钛白的低端原料。非高炉工艺虽能从技术上实现钒钛矿中铁、钒、钛的回收利用，但经济性方面存在较大的问题。研究表明，钒钛矿自身复杂而特殊的矿相结构，常规的非高炉冶炼工艺如还原-冶炼分离含钒铁水和含钛炉渣-含钒铁水提钒-含钛炉渣硫酸法处理，均存在工艺流程长、电炉冶炼分离电耗高、含钛炉渣附加值低等问题。因此，基于钒钛矿综合利用铁、钒、钛的前提，有必要形成一种新的处理方法，简化工艺流程，降低过程电耗/能耗，获得高附件值碳化钛原料，同时兼顾铁钒的回收，总体提升钒钛矿利用的技术水平和经济效益。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是解决上述现有技术的问题，提供一种碳化钛原料的生产方法。[技术方案]为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术根据钒钛矿中含钛物相能够在中高温条件下还原的冶金原理，区别于采用电炉分离含钒铁水和含钛炉渣的常规工艺，也区别于采用电炉高温液态还原含钛高炉渣制备碳化钛的工艺，采用钒钛矿一步法直接固态还原获得高附加值碳化钛原料，同时获得金属铁，大大简化钒钛矿利用的工艺流程的同时，产物附加值也进一步得到提高。一种碳化钛原料的生产方法，它包括以下步骤：(1)取含钛物料粒度小于0.074mm的比例≥35wt％的含钛物料、含碳料粒度小于0.074mm的比例≥30wt％的含碳料，按一定比例混合均匀后，得到初始混合均匀料，然后将初始混合均匀料造矿或压制成球，并干燥至水分≤1.5wt％；所述含钛物料为钒钛铁精矿或钛精矿；(2)将干燥后的混合料加入到还原炉中，在温度为1270～1400℃、炉内气
压小于101.4kPa的条件下，控制炉内为非氧化性气氛，进行还原反应120min以上，获得还原物料；(3)将还原物料出炉后在非氧化环境下降至室温后，破磨、磁选，得到碳化钛渣原料和初铁粉副产品。本专利技术更进一步的技术方案，所述含碳料为煤粉、焦炭、石墨、木炭中的一种或多种。本专利技术更进一步的技术方案，所述的按一定比例混合是指以含钛物料质量为基准确定含碳料的配加量：100g含钛料中FeO、Fe2O3和TiO2的质量分别为M1、M2和M3，所述含碳料的对应加入质量计为M碳，M碳＝[0.17M1+0.23M2+(0.5～2.5)M3]/k％，其中，k％为含碳料中碳含量的质量百分数。本专利技术更进一步的技术方案，经造矿或压制成球，并干燥至水分≤1.5wt％后，所得的干燥球与初始混合均匀料相比，其体积密度增加2倍以上。本专利技术更进一步的技术方案，所述炉内非氧化性气氛为O2含量＜2％、N2含量＜50％的非氧化性气氛。本专利技术更进一步的技术方案，所述破磨、磁选是指采取先粗破选铁后细磨或者直接细磨后磁选分离的方式。本专利技术更进一步的技术方案，所述碳化钛渣原料能作为低温氯化制备TiCl4的原料，其碳化钛渣原料中的钒能在低温氯化的工序中回收利用。本专利技术更进一步的技术方案，所述初铁粉副产品能作为炼钢的原料使用。下面将详细地说明本专利技术。本专利技术的含钛物料主要是指与钒钛矿相似的含钛物料，即可参考本专利技术的方法，获得碳化钛渣原料和金属铁。工业用TiC粉体最初是用碳黑还原价格高昂的TiO2来制备的，反应的温度范围在1700～2100℃，制备的TiC纯度较高，
可作为商品直接售卖和使用。相比较而言，本专利技术中的反应温度选择在1270～1400℃范围内，是基于含钛料中不同存在形式的钛氧化物能够与碳逐级反应至TiC的冶金原理，同时保证铁氧化物的还原反应，最终获得TiC渣原料。本专利技术方法利用廉价的含钛料制取TiC渣原料，同时获得初铁粉，工艺成本优势明显。此外，本申请强调了含钛物料和含碳物料的粒度要求，在本专利技术的粒度下的原料可以充分混匀，并且在还原反应中反应更加的充分，保证获得较高附加值的产品。本专利技术的还原物料出炉后，在非氧化环境下还原可以避免氧气等氧化物的干扰，保证还原彻底，产品纯度高；本专利技术得到的还原物料可根据还原温度不同对应生成不同粒径的金属铁。此外，本专利技术的含炭料以碳含量高及碳活性高者为佳。综上所述，本专利技术利用碳还原原理，控制原料间的比例、还原气压及气氛、还原时间等参数，将含钛物料一步直接固态还原成碳化钛和金属铁，形成一种碳化钛原料的生产方式。[有益效果]本专利技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：本专利技术的采用廉价含钛物料一步法制备高附加值的碳化钛原料和金属铁，该方法改变已有工艺流程繁琐、电耗/能耗过高、含钛料附加值低等问题，提升了包括钒钛矿在内的含钛物料利用的技术水平和经济效益。具体实施方式下面结合本专利技术的实施例对本专利技术作进一步的阐述和说明。以下实施例均取含钛物料粒度小于0.074mm的比例≥35wt％的含钛物料、含碳料粒度小于0.074mm的比例≥30wt％的含碳料作为原料。下述实施例的还原炉内O2含量＜2％、N2含量＜50％。实施例1：选择TFe含量53.60％、TiO2含量12.12％的钒钛铁精矿，采用煤粉做还原剂按要求配料并高压压球干燥至水分≤1.5wt％，加入还原炉后在100kPa、1300℃下保温270min，出炉后氮封冷却至室温，还原产物金属化率92.58％，碳化率78.53％。还原产物经破磨、磁选分离后，获得TiC含量22.4％的碳化钛渣产品和TFe含量86.56％的初铁粉。其中，本实施例的钒钛铁精矿与煤粉的质量比为100：34。实施例2选择TFe含量31.18％、TiO2含量46.52％的钛精矿，采用焦炭做还原剂，按要求配料并高压压球干燥至水分≤1.5wt％，加入还原炉后在95kPa、1390℃保温125min，出炉后密闭冷却至常温，还原产物的金属化率达到94.96％，碳化率达到84.5％。还原产物经初破选铁后，进一步细磨、磁选获得TiC含量41.4％的碳化钛渣产品。其中，本实施例的钒钛铁精矿与焦炭的质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化钛原料的生产方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)取含钛物料粒度小于0.074mm的比例≥35wt％的含钛物料、含碳料粒度小于0.074mm的比例≥30wt％的含碳料，按一定比例混合均匀后，得到初始混合均匀料，然后将初始混合均匀料造矿或压制成球，并干燥至水分≤1.5wt％；所述含钛物料为钒钛铁精矿或钛精矿；(2)将干燥后的混合料加入到还原炉中，在温度为1270～1400℃、炉内气压小于101.4kPa的条件下，控制炉内为非氧化性气氛，进行还原反应120min以上，获得还原物料；(3)将还原物料出炉后在非氧化环境下降至室温后，破磨、磁选，得到碳化钛渣原料和初铁粉副产品。

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛原料的生产方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)取含钛物料粒度小于0.074mm的比例≥35wt％的含钛物料、含碳料粒度小于0.074mm的比例≥30wt％的含碳料，按一定比例混合均匀后，得到初始混合均匀料，然后将初始混合均匀料造矿或压制成球，并干燥至水分≤1.5wt％；所述含钛物料为钒钛铁精矿或钛精矿；(2)将干燥后的混合料加入到还原炉中，在温度为1270～1400℃、炉内气压小于101.4kPa的条件下，控制炉内为非氧化性气氛，进行还原反应120min以上，获得还原物料；(3)将还原物料出炉后在非氧化环境下降至室温后，破磨、磁选，得到碳化钛渣原料和初铁粉副产品。2.根据权利要求1所述的碳化钛原料的生产方法，其特征在于所述含碳料为煤粉、焦炭、石墨、木炭中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的碳化钛原料的生产方法，其特征在于所述的按一定比例混合是指以含钛物料质量为基准确定含碳料的配加量：100g含钛料中FeO、Fe2O3和Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘功国，齐建玲，李占军，秦洁，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51