一种含钛渣电解提取钛的方法技术

本发明专利技术涉及一种含钛渣电解提取钛的方法，属于电化学冶金领域。工艺步骤如下：将TiO2含量在1‑50wt％的含钛渣放置于底部铺有一层金属铁或铁合金的电解炉内；加热炉体至金属铁或铁合金以及含钛渣至熔融状态；熔融保温一定时间后以石墨或惰性电极为阳极，金属铁为阴极进行直流电解；电解一定时间待熔融渣中TiO2含量降低到0.1‑1wt％以下，将阴极所得液态钛合金经出铁口收集，随后将残余渣经出铁口排出，进行下一炉电解。本发明专利技术具有操作简单，成本低廉，设备简易，钛元素回收率高等特点。通过该方法，可有效回收冶金过程中产生的各类含钛渣中的钛元素，尤其可解决高钛型高炉渣大量堆积造成的环境问题并实现其中钛元素的回收利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含钛渣电解提取钛的方法，属于电化学冶金领域，具体可实现含钛高炉渣中钛元素的回收利用。
技术介绍
我国钛资源高居世界之首，但可直接用于钛白粉生产的金红石型矿物仅占2％左右，绝大多数钛元素以钛铁矿的形式存在。以四川攀枝花地区的钒钛磁铁矿为例，选矿所得的钒钛磁铁精矿通过“高炉冶炼-转炉提钒”实现了其中铁和钒的分离，然而冶炼之后所得的大量高钛型高炉渣却成为了死渣。目前，国内对于高钛型高炉渣主要有以下几种处理方式：(1)酸法制备钛白(王秀文,杨智芳.从攀钢高炉渣中回收铁钛钪的工艺研究及酸浸规律的探讨[J].矿产保护与利用,1991(6):47-52.)，该方法可有效实现含钛渣中的钛元素以二氧化钛的形式富集，但随之产生的大量的废酸对环境造成了极大的威胁；(2)制备水泥或建筑材料(李兴华,蒲江涛.攀枝花高钛型高炉渣综合利用研究最新进展[J].钢铁钒钛,2011,32(2):10-14.)，作为一种常见的冶金渣处理方式，该方法得到了冶金学者的注意，然而该方法并不能回收钛元素，造成大量钛的浪费；(3)钛矿渣电硅热制备钛硅铁合金(李祖树,徐楚韶.钛矿渣电热法制取钛硅合金时直流电作用的实验研究[J].化工冶金,1995,16(1):5-10.)，该方法主要由重庆大学开发，目前该方法所得残渣中钛含量较高，同时产品纯度也有待提高；(4)碱处理方式(薛天艳.氢氧化钠熔盐分解高钛渣制备二氧化钛清洁新工艺的研究[D].大连理工大学,2009.)，该方法加入碱量较大，回收碱金属成本较高，同时高温下碱金属盐挥发严重；(5)高温碳化-低温氯化(刘松利,杨绍利.攀枝花高钛型高炉渣综合利用研究现状[J].轻金属,2007(7):48-50.)，该方法所得TiC分布弥散，解离困难，同时耗酸量大；(6)钛选择性富集到钙钛矿(李大纲.高炉渣中有价组分选择性析出与解离[D].沈阳:东北大学,2005.)，该方法尽管成本低廉，处理简易，但钙钛矿与尖晶石共生，钙钛矿单体解离困难；(7)利用固体透氧膜直接电解制备钛硅合金(邹星礼.含钛复合矿直接选择性提取制备TiMx(M＝Si,Fe)合金研究[D].上海大学,2012.)，该方法流程简单可回收渣中有用钛元素并制备得到高附加值的钛硅合金，但该固体透氧膜的大规模工业应用还需要进一步探索。综上所述，以高钛型高炉渣为例的含钛渣有多种处理方式，但是目前并没有一种低成本、低污染的可大规模工业化高效回收钛元素的方式。另一方面，基于现代铝电解工艺的成功发展，越来越多的冶金学者将低成本钛冶炼的未来寄予在熔盐电解法上；以此类比，若以含钛渣为钛离子源，在高温下直接进行熔融渣的电解，阴极将得到钛金属或钛合金。这种类似的工艺在1995年被麻省理工学院提出，并主要用于绿色清洁炼铁(SadowayDR.Newopportunitiesformetalsextractionandwastetreatmentbyelectrochemicalprocessinginmoltensalts[J].Journalofmaterialsresearch,1995,10(03):487-492.)。1997年，日本冶金学者提出了一种在CaO-CaF-TiO2体系中以石墨为阳极进行直流电渣重熔的方式制备钛金属及合金，但由于钛和碳之间较强的亲和力，因此研究初期主要得到了TiC，随后通过改变电解参数成功得到了钛金属(Kawami,M.；Ooishi,M.；Takenaka,T.；andSuzuki,T.ThepossibilityofelectrowinningofliquidtitaniumusingESRapparatus.Proc.Int.Conf.MoltenSlags,FluxesSalts'97,5th(1997)477-482IronandSteelSociety,Warrendale,Pa.)。2009年，专利合作条约公开了一种以熔融渣为阴极，CaF为电解质，石墨或固体透氧膜为阳极的直接电解制备钛金属及合金的专利(CardarelliF.Methodforelectrowinningoftitaniummetaloralloyfromtitaniumoxidecontainingcompoundintheliquidstate:U.S.Patent7,504,017[P].2009-3-17.)。以上两种方法具有操作简单，原料成本低廉的特点，然而氟化钙的使用对于设备的腐蚀以及环境的污染等不容小觑。基于该研究背景，本专利技术提出了一种以石墨或惰性电极为阳极，以熔融含钛渣为电解质，液态金属铁或铁合金为阴极的直流电解制备钛合金的提钛工艺。本专利技术所用电解质可为多种含钛冶金渣，同时不使用CaF，从而降低了设备的损耗以及环境的污染；液态铁或铁合金阴极的使用则可以有效的实现钛元素的合金化富集，避免还原之后的钛单质再次与氧或碳结合，从而可以提高电流效率，改善阴极产物纯度。
技术实现思路
本专利技术提供一种含钛渣中有价钛元素的高效回收再利用方法。相对于传统酸法等处理方式，本专利技术可大大减小对于环境的压力；同时该方法具有操作简单，成本低廉，易于规模化生产等特点，是目前包括高钛型高炉渣在内的含钛渣的有效提钛方法。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种含钛渣电解提取钛的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将金属铁或铁合金放置于电解炉底部，在电解过程中作为阴极溶剂回收钛元素；步骤二：将含钛渣放置于底部铺有金属铁或铁合金的电解炉内，在电解过程中作为电解质，同时作为钛离子源进行电解；步骤三：升高温度至电解炉内金属铁或铁合金以及含钛渣至熔融状态，随后保温一定时间；步骤四：将石墨阳极或惰性阳极下放至其部分浸入熔融含钛渣中，但并不与阴极液态铁或铁合金接触；步骤五：采用直流电解技术，以石墨或惰性电极为阳极，液态铁或铁合金为阴极进行电解，并监控熔融含钛渣中TiO2的含量变化；步骤六：电解至熔融含钛渣中TiO2的含量低于0.1-1wt％停止电解，通过电解炉底部出铁口收集阴极钛合金，随后通过出铁口排出电解质后的残渣，进行下一炉电解。上述含钛渣电解提取钛的方法步骤一中，所述电解炉可以为现有直流电弧炉或其它可在1000-2000℃之间工作并可实现惰性气体保护的冶金炉。上述含钛渣电解提取钛的方法步骤一中，所述金属铁可以为高炉或电炉冶炼之后所得的温度在1500℃以上的铁水，也可以为常温下的铁锭、铁块和铁粉等；铁合金可为电炉冶炼之后液态合金也可以为常温下的锭、块或粉，其中铁含量大于10wt％。上述含钛渣电解提取钛的方法步骤一中，所述金属铁或铁合金的用量根据电解炉规格以及所炼含钛渣中TiO2的含量变化，具体为在液态铁或铁合金与液态含钛渣总体积占电解炉反应器容量四分之一到四分之三的前提下，按照含钛渣中全部钛元素是阴极铁摩尔数的0.1-9倍取铁或铁合金的量。上述含钛渣电解提取钛的方法步骤二中，所述含钛渣的TiO2含量在1-50wt％，该含钛渣可以为高炉或电炉冶炼之后所得的具有一定温度的液态渣，也可以为常温下固态渣；同时通过选择添加CaO、MgO以及Al2O3和SiO2等氧化物调节熔融渣碱度、粘度和电导率等；熔融含钛渣的厚度在50-5000mm之间。上述含钛渣电解提取钛的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含钛渣电解提取钛的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将金属铁或铁合金放置于电解炉底部，在电解过程中作为阴极溶剂回收钛元素；步骤二：将含钛渣放置于底部铺有金属铁或铁合金的电解炉内，在电解过程中作为电解质，同时作为钛离子源进行电解；步骤三：升高温度至电解炉内金属铁或铁合金、含钛渣至熔融状态，随后保温一定时间；步骤四：将石墨阳极或惰性阳极下放至其部分浸入熔融含钛渣中，但并不与阴极液态铁及铁合金接触；步骤五：采用直流电解技术，以石墨或惰性电极为阳极，液态铁或铁合金为阴极进行电解，并监控熔融含钛渣中TiO2的含量变化；步骤六：电解至熔融含钛渣中TiO2的含量低于0.1‑1wt％停止电解，通过电解炉底部出铁口收集阴极钛合金，随后通过出铁口排出电解后的残渣，最后进行下一炉电解。

【技术特征摘要】
1.一种含钛渣电解提取钛的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将金属铁或铁合金放置于电解炉底部，在电解过程中作为阴极溶剂回收钛元素；步骤二：将含钛渣放置于底部铺有金属铁或铁合金的电解炉内，在电解过程中作为电解质，同时作为钛离子源进行电解；步骤三：升高温度至电解炉内金属铁或铁合金、含钛渣至熔融状态，随后保温一定时间；步骤四：将石墨阳极或惰性阳极下放至其部分浸入熔融含钛渣中，但并不与阴极液态铁及铁合金接触；步骤五：采用直流电解技术，以石墨或惰性电极为阳极，液态铁或铁合金为阴极进行电解，并监控熔融含钛渣中TiO2的含量变化；步骤六：电解至熔融含钛渣中TiO2的含量低于0.1-1wt％停止电解，通过电解炉底部出铁口收集阴极钛合金，随后通过出铁口排出电解后的残渣，最后进行下一炉电解。2.如权利要求1所述一种含钛渣电解提取钛的方法，其特征在于所述步骤一中电解炉为现有直流电弧炉或其它在1000-2000℃之间工作并可实现惰性气体保护的冶金炉。3.如权利要求1所述一种含钛渣电解提取钛的方法，其特征在于所述步骤一中的铁为高炉或电炉冶炼之后所得的温度在1500℃以上的铁水，或为常温下的铁锭、铁块和铁粉；铁合金为电炉冶炼之后液态合金或为常温下的锭、块或粉，其中铁含量大于10wt％。4.如权利要求1所述一种含钛渣电解提取钛的方法，其特征在于所述步骤一中铁或铁合金的用量根据电解炉规格以及所炼含钛渣中TiO2的含量变化，具体为在液态铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦树强，焦汉东，田栋华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11