一种利用含钛氧化物渣制备金属钛的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用含钛氧化物渣制备金属钛的方法，属于资源清洁利用技术领域。将含钛氧化物渣、低纯硅和造渣剂一起进行还原熔炼，经过渣金分离后得到块体Si

【技术实现步骤摘要】
一种利用含钛氧化物渣制备金属钛的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用含钛氧化物渣制备金属钛的方法，属于资源清洁利用


技术介绍

[0002]钛及钛合金具有质量轻、强度大、耐腐蚀、耐热性强等优点，是新型的结构材料，在航空航天、化工、石油、轻工、冶金等工业中具有广泛的影响。目前，钛的矿物约有140种，但工业上应用的主要是金红石(TiO2)和钛铁矿(FeTiO3)。在进行钒钛磁铁矿的冶炼过程中，首先将钒钛磁铁矿进行选矿富集得到钒钛磁铁精矿，再将钒钛磁铁精矿进行高炉冶炼得到含钒铁水和含钛高炉渣。由于钒钛磁铁精矿中的钛不易被碳还原进入到铁水中，所以钒钛磁铁精矿中的钛主要保留在高炉渣中形成TiO2约为20％
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25％的低品位含钛高炉渣。由于含钛高炉渣中的TiO2品味低且成分复杂，尚未有对含钛高炉渣有效利用的方法。采用硅作为还原剂提取含钛高炉渣中的钛得到硅钛合金是目前利用含钛高炉渣的其中一种方法，但得到的硅钛合金中杂质种类多且含量高，用途和用量均非常有限，仅有可能作为炼钢过程中的脱氧剂或合金化剂，限制了硅还原法的进一步发展和工业应用。
[0003]针对如何利用硅还原含钛高炉渣制备得到的硅钛合金的问题，专利ZL202010184003.0提出了一种利用含钛渣和低纯硅物料制备高纯硅、钛白和高纯氟化物的方法，具体为：首先采用低纯硅作为还原剂提取含钛高炉渣中的钛得到硅钛中间合金，将硅钛中间合金破碎成粉以后采用含HF的酸进行酸洗将硅钛合金进行湿法分离，最后得到高纯硅、钛白和高纯氟化物。专利ZL201811323583.6提出一种利用含钛渣制备钛、硅和钛硅合金的方法，具体为：首先采用低纯硅作为还原剂提取含钛高炉渣中的钛得到硅钛合金，然后采用电磁定向结晶等物理方法将硅钛合金进行分离提纯得到硅、钛硅金属间化合物或共晶硅钛合金等。无论是采用酸洗还是物理法分离硅钛合金，目前已有的方法无法将硅还原含钛高炉渣得到的硅钛中间合金中的硅和钛同时分离成金属钛和金属硅，这也是需要解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]上述存在的技术难题，本专利技术提供一种利用含钛氧化物渣制备金属钛的方法。与专利ZL202010184003.0和ZL201811323583.6不同，本专利技术创新性地将硅还原法与熔盐电解法结合，首次提供一种可以将硅还原含钛氧化物渣得到的硅钛中间合金分离成金属钛和金属硅粉的方法，实现了含钛氧化物渣或废料的清洁利用。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0005]一种利用含钛氧化物渣制备金属钛的方法，其包括以下步骤：
[0006]步骤1、将含钛氧化物渣、低纯硅和造渣剂一起进行还原熔炼，熔炼温度为1773K，熔炼气氛为惰性气氛，熔炼时间为4小时以上，经过渣金分离后得到块体Si
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Ti中间合金和残渣；在还原熔炼过程中，控制含钛氧化物渣与低纯硅的质量比，使得到的块体Si
‑
Ti中间合金中的主要物相为钛硅金属间化合物TiSi
x
，0<X≤2；
[0007]步骤2、将步骤1得到的块体Si
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Ti中间合金破碎成粒度小于4mm的Si
‑
Ti中间合金颗粒；
[0008]步骤3、以步骤2得到的Si
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Ti中间合金颗粒作为阳极，以金属钼或金属镍作为阴极，以金属钛作为参照极，以NaCl
–
KCl
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NaF为熔盐，并向熔盐中加入Na3TiF6或K3TiF6将熔盐电解过程中钛的价态控制为+3价，在高纯氩气气氛(99.999％)、温度为973K下，经过熔盐电解，阴极析出金属钛，阳极形成金属硅粉。
[0009]所述步骤1中含钛氧化物渣为含有TiO2的氧化物渣或废料，包括含钛高炉渣或废SCR催化剂。
[0010]所述步骤1中低纯硅以金属硅作为主要组分的硅物料，包括硅合金、工业硅或晶硅废料。
[0011]所述步骤1中造渣剂为CaO、SiO2、MgO、Al2O3中的一种或几种的按合适比例混合的混合物。
[0012]所述步骤3中NaCl
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KCl
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NaF熔盐中NaCl、KCl和NaF的配比不限。
[0013]所述NaCl
–
KCl
–
NaF熔盐中NaCl：KCl：NaF的摩尔比50.6：49.4：5。
[0014]所述步骤3中熔盐中加入Na3TiF6或K3TiF6摩尔百分比不限。
[0015]所述步骤3中熔盐中加入Na3TiF6或K3TiF6摩尔百分比1mol％。
[0016]所述步骤3熔盐电解为恒电流法或恒电位法，优选恒电位法。
[0017]上述步骤3中熔盐电解中电化学分离和提纯的时间不限。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019](1)现有的熔盐化学法制备金属钛的方法是将纯度较高的TiO2原料直接电解成金属钛，而本专利技术是以低纯硅还原低品位的含钛氧化物渣或废料得到的硅钛合金作为中间产物，再以硅钛中间合金作为原料并采用熔盐电化学的方法得到金属钛和金属硅粉；因此，本专利技术是一种处理低品位含钛氧化物渣或废料的方法；
[0020](2)本专利技术可以同时获得金属钛和金属硅粉两种产品，其中金属钛来源于低品位含钛氧化物渣或含TiO2的废料，金属硅粉可来源于低纯晶硅废料；因此，本专利技术是一种将大量堆积的、无法处理的含钛废料和晶硅废料同时制备成金属钛和金属硅粉的方法，具有较高的经济效益和环保效益；
[0021](3)本专利技术整个工艺流程无废酸和废气的产生，是一种对环境友好新技术。
附图说明
[0022]图1是本专利技术流程示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。
[0024]实施例1
[0025]如图1所示，该利用含钛氧化物渣制备金属钛的方法，其包括以下步骤：
[0026]步骤1、将含钛氧化物渣(攀西地区的含钛高炉渣，TiO2含量为20wt.％)、低纯硅(工业硅，Si含量99.3wt.％)和造渣剂(MgO)一起进行还原熔炼，熔炼温度为1773K，熔炼气氛为氩气气氛，熔炼时间为4小时，经过渣金分离后得到块体Si
‑
Ti中间合金和残渣；在还原
熔炼过程中，控制含钛氧化物渣与低纯硅的质量比为10:3，MgO的添加量为使含钛高炉渣中的MgO达到饱和为止，经过渣金分离后得到块体Si
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Ti中间合金和残渣，块体Si
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Ti中间合金中的主要物相为钛硅金属间化合物TiSi2，Ti含量为39wt.％；
[0027]步骤2、将步骤1得到的块体Si
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Ti中间合金破碎成粒度小于4mm的Si
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Ti中间合金颗粒；
[0028]步骤3、以步骤2得到的Si
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Ti中间合金颗粒作为阳极，以金属钼作为阴极，以金属钛作为参照极，以NaCl...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用含钛氧化物渣制备金属钛的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、将含钛氧化物渣、低纯硅和造渣剂一起进行还原熔炼，熔炼温度为1773K，熔炼气氛为惰性气氛，熔炼时间为4小时以上，经过渣金分离后得到块体Si
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Ti中间合金和残渣；在还原熔炼过程中，控制含钛氧化物渣与低纯硅的质量比，使得到的块体Si
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Ti中间合金中的主要物相为钛硅金属间化合物TiSi
x
；步骤2、将步骤1得到的块体Si
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Ti中间合金破碎成粒度小于4mm的Si
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Ti中间合金颗粒；步骤3、以步骤2得到的Si
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Ti中间合金颗粒作为阳极，以金属钼或金属镍作为阴极，以金属钛作为参照极，以NaCl
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KCl
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NaF为熔盐，并向熔盐中加入Na3TiF6或K3TiF6将熔盐电解过程中钛的价态控制为+3价，在高纯氩气气氛、温度为973K下，经过熔盐电解，阴极析出金属钛，阳极形成金属硅粉。2.根据权利要求1所述的利用含钛氧化物渣制备金属钛的方法，其特征在于：所述步骤1中含钛氧化物渣为含有TiO2的氧化物渣或废料，包括含钛高炉渣或废SCR催化剂。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：雷云，王世定，杨东方，马文会，李展超，张亚坤，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：