基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法，其采用了真空碳热还原-酸浸联合工艺，在真空还原过程中保持真空碳管炉内压力在101~100Pa之间，并保持较高的还原温度，使得常压下难还原的SiO2还原为SiO，同时可将含钛高炉渣中的MgO还原为金属Mg，由于SiO和金属Mg均具有高蒸汽压的特点，在还原过程中它们随着抽真空过程离开反应体系，从而可实现含钛炉渣中硅钛彻底分离；真空碳热还原得到还原渣后，再经过酸浸去除渣中其它杂质，得到TiC产品，并且由于炉渣中的硅、镁化合物已在真空碳热还原过程中被去除，因此可大大降低酸浸过程中耗酸量，酸浸时间也得以缩短，使得整体提钛效率提高。
【专利说明】基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金工程【技术领域】，主要涉及含钛高炉渣提取钛工艺【技术领域】，尤其 涉及一种基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法。
【背景技术】
[0002] 我国有丰富的钛资源，储量居世界之首，90%以上以钒钛磁铁矿分布于攀枝花-西 昌地区。目前，我国钛资源主要用来生产钛白粉，利用率仅为30%左右。随着金属钛及钛 合金在航天航空、海洋、医疗、生物、化工等领域潜在需求的增加，钛资源的高效利用越来越 重要。从当前我国钒钛磁铁矿利用流程来看，16%左右的钛进入选钛尾渣，由于尾渣中TiO 2 品位低，分布分散，杂质含量高，导致这部分钛资源利用成本高、难度大。高炉冶炼钒钛矿使 50%以上的钛进入炉渣，渣中TiO 2含量约20%?30%，利用价值大，经济、有效的回收这部分 钛资源对提高我国宝贵钛资源的利用率意义重大。
[0003] 从上世纪80年代起，含钛高炉渣的利用就引起了人们的高度关注，全国科研人员 进行了大量含钛高炉渣利用研宄工作，但由于难度大，一直未实现工业化利用，至今攀钢含 钛炉渣排放量累计超过了 7000万吨，且每年仍以300多万吨速度递增，渣中1102总含量超 过1400万吨，不仅带来环保压力，更是造成钛资源的极大浪费。因此，如何实现含钛高炉渣 中钛与其它组分有效分离，降低二次污染，提高钛的回收率是我国含钛高炉渣高效利用所 面临的难题。尽快采用新技术、新工艺加快含钛高炉渣提钛进程，实现我国钛资源高效利 用，具有显著的经济效益和重要的社会意义。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于真空碳热还原的含钛高 炉渣提钛处理方法，用以从含钛高炉渣中有效分离出钛，提高钛的回收率，降低钛回收成 本，解决现有技术中含钛高炉渣提钛处理方法成本高、钛的回收率低、含钛高炉渣提钛难等 问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段： 基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法，包括以下步骤： 1) 将碳粉和含钛高炉渣研磨后，按质量比为（38~40) : 100的比例混匀得到混匀渣样； 2) 在得到的混匀渣样中加入适量水后压制造球，得到混匀渣样球团； 3) 室温下，将混匀渣样球团放入刚玉坩埚中，并置于真空碳管炉内，对真空碳管炉抽真 空，当真空度达到IOtK^Pa后开始将真空碳管炉升温到还原温度1200~1400°C，并保持还 原温度环境2小时进行炉渣还原，得到渣样；炉渣还原过程中，对真空碳管炉持续抽真空， 保持真空碳管炉内压力在IO 1-K^Pa之间； 4) 炉渣还原结束后，保持真空碳管炉内真空度在lO^K^Pa之间，将渣样降至室温，取 出冷却，得到还原渣样； 5) 将得到的还原渣样研磨后，在摩尔浓度为7mol/l盐酸中，水浴加热至60?80°C，搅 拌酸浸除渣，得到除杂酸浸样品； 6)将除杂酸浸样品过滤、干燥，得到目标产物TiC。
[0006] 上述基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法中，作为优选方案，所述步骤1 中，碳粉的碳含量至少为99. 9%。
[0007] 上述基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法中，作为优选方案，所述步骤1 中，将碳粉和含钛高炉渣研磨后，得到的粉末中粒径小于200目的颗粒含量超过80%。
[0008] 上述基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法中，作为优选方案，所述步骤5 中，将还原渣样研磨后，得到的粉末中粒径小于200目的颗粒含量超过80% ;酸浸除渣的时 间为20~30分钟。
[0009] 相比于现有技术，本发明具有如下有益效果： 1、采用真空还原，可将常压下难还原的SiO2还原为高蒸汽压的SiO气体，实现含钛高 炉渣中硅钛完全分离。
[0010] 2、真空碳热还原同时可将含钛高炉渣中的MgO以金属镁的形式脱离体系，降低后 续酸浸过程中耗酸量。
[0011] 3、酸浸还原去除硅镁后的渣样，渣量大大减少，耗酸量少。
[0012] 4、采用真空碳热还原-酸浸联合工艺，可直接制备TiC，缩短了废渣到产品流程， 可降低含钛高炉渣资源化综合利用成本。
[0013] 5、采用真空条件，为含钛高炉渣中钛的高效回收利用提供新思路。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为攀钢现场高炉渣的主要物相。
[0015] 图2为实施例一中真空碳热还原-酸浸后目标产物物相。
[0016] 图3为实施例二中真空碳热还原-酸浸后目标产物物相。
[0017] 图4为实施例三中真空碳热还原-酸浸后目标产物物相。
[0018] 图5为实施例四中真空碳热还原-酸浸后目标产物物相。
[0019] 图6为实施例五中真空碳热还原-酸浸后目标产物物相。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0021] 实施例一： 含钛高炉渣选用攀钢现场高炉渣，其主要物相如图1所示。采用该含钛高炉渣作为原 料，利用本发明基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法进行处理，对其中钛进行回 收，具体方法包括以下步骤： 1) 将碳粉和含钛高炉渣研磨后，按质量比为40:100的比例混匀得到混匀渣样； 2) 在得到的混匀渣样中加入适量水后压制造球，得到混匀渣样球团； 3) 室温下，将混匀渣样球团放入刚玉坩埚中，并置于真空碳管炉内，对真空碳管炉抽真 空，当真空度达到lO^K^Pa后开始将真空碳管炉升温到还原温度900°C，并保持还原温度 环境2小时进行炉渣还原，得到渣样；炉渣还原过程中，对真空碳管炉持续抽真空，保持真 空碳管炉内压力在IO1-K^Pa之间； 4) 炉渣还原结束后，保持真空碳管炉内真空度在lO^K^Pa之间，将渣样降至室温，取 出冷却，得到还原渣样； 5) 将得到的还原渣样研磨后，在摩尔浓度为7mol/l盐酸中，水浴加热至60?80°C，搅 拌酸浸除渣20分钟，得到除杂酸浸样品； 6) 将除杂酸浸样品过滤、干燥，得到目标产物。本实施例所得目标产物的物相图如图2 所示，此实例条件下未得到TiC产品。
[0022] 实施例二： 含钛高炉渣选用攀钢现场高炉渣，其主要物相如图1所示。采用该含钛高炉渣作为原 料，利用本发明基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法进行处理，对其中钛进行回 收，具体方法包括以下步骤： 1) 将碳粉和含钛高炉渣研磨后，按质量比为40:100的比例混匀得到混匀渣样； 2) 在得到的混匀渣样中加入适量水后压制造球，得到混匀渣样球团； 3) 室温下，将混匀渣样球团放入刚玉坩埚中，并置于真空碳管炉内，对真空碳管炉抽真 空，当真空度达到lO^K^Pa后开始将真空碳管炉升温到还原温度1200°C，并保持还原温度 环境2小时进行炉渣还原，得到渣样；炉渣还原过程中，对真空碳管炉持续抽真空，保持真 空碳管炉内压力在IO 1-K^Pa之间； 4) 炉渣还原结束后，保持真空碳管炉内真空度在lO^K^Pa之间，将渣样降至室温，取 出冷却，得到还原渣样； 5) 将得到的还原渣样研磨后，在摩尔浓度为7mol/l盐酸中，水浴加热至60?80°C，搅 拌酸浸除渣20分钟，得到除杂酸浸样品； 6) 将除杂酸浸样品过滤、干燥，得到目标产物TiC。本实施例所得目标产物TiC的物相 图如图3所示。
[0023] 实施例三： 含钛高炉渣选用攀钢现场高炉渣，其主要物相如图1所示。采用该含钛高炉渣作为原 料，利用本发明基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法进行处理，对其中钛进行回 收，具体方法包括以下步骤： 1) 将碳粉和含钛高炉渣研磨后，按质量比为40:100的比例混匀得到混匀渣样； 2) 在得到的混匀渣样中加入适量水后压制造球，得到混匀渣样球团； 3) 室温下，将混匀渣样球团放入刚玉坩埚中，并置于真空碳管炉内，对真空碳管炉抽真 空，当真空度达到lO^K^Pa后开始将真空碳管炉升温到还原温度1300°C，并保持还原温度 环境2小时进行炉渣还原，得到渣样；炉渣还原过程中，对真空碳管炉持续抽真空，保持真 空碳管炉内压力在IO 1-K^Pa之间； 4) 炉渣还原结束后，保持真空碳管炉内真空度在lO^K^Pa之间，将渣样降至室温，取 出冷却，得到还原渣样； 5) 将得到的还原渣样研磨后，在摩尔浓度为7mol/l盐酸中，水浴加热至60?80°C，搅 拌酸浸除渣20分钟，得到除杂酸浸样品； 6) 将除杂酸浸样品过滤、干燥，得到目标产物TiC。本实施例所得目标产物TiC的物相 图如图4所示。
[0024] 实施例四： 含钛高炉渣选用攀钢现场高炉渣，其主要物相如图1所示。采用该含钛高炉渣作为原 料，利用本发明基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法进行处理，对其中钛进行回 收，具体方法包括以下步骤： 1) 将碳粉和含钛高炉渣研磨后，按质量比为40:100的比例混匀得到混匀渣样； 2) 在得到的混匀渣样中加入适量水后压制造球，得到混匀渣样球团； 3) 室温下，将混匀渣样球团放入刚玉坩埚中，并置于真空碳管炉内，对真空碳管炉抽真 空，当真空度达到lO^K^Pa后开始将真空碳管炉升温到还原温度1400°C，并保持还原温度 环境2小时进行炉渣还原，得到渣样；炉渣还原过程中，对真空碳管炉持续抽真空，保持真 空碳管炉内压力在IO 1-K^Pa之间； 4) 炉渣还原结束后，保持真空碳管炉内真空度在lO^K^Pa之间，将渣样降至室温，取 出冷却，得到还原渣样； 5) 将得到的还原渣样研磨后，在摩尔浓度为7mol/l盐酸中，水浴加热至60?80°C，搅 拌酸浸除渣30分钟，得到除杂酸浸样品； 6) 将除杂酸浸样品过滤、干燥，得到目标产物TiC。本实施例所得目标产物TiC的物相 图如图5所示。
[0025] 实施例五： 含钛高炉渣选用攀钢现场高炉渣，其主要物相如图1所示。采用该含钛高炉渣作为原 料，利用本发明基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法进行处理，对其中钛进行回 收，具体方法包括以下步骤： 1) 将碳粉和含钛高炉渣研磨后，按质量比为38:100的比例混匀得到混匀渣样； 2) 在得到的混匀渣样中加入适量水后压制造球，得到混匀渣样球团； 3) 室温下，将混匀渣样球团放入刚玉坩埚中，并置于真空碳管炉内，对真空碳管炉抽真 空，当真空度达到lO^K^Pa后开始将真空碳管炉升温到还原温度1400°C，并保持还原温度 环境2小时进行炉渣还原，得到渣样；炉渣还原过程中，对真空碳管炉持续抽真空，保持真 空碳管炉内压力在IO 1-K^Pa之间； 4) 炉渣还原结束后，保持真空碳管炉内真空度在lO^K^Pa之间，将渣样降至室温，取 出冷却，得到还原渣样； 5) 将得到的还原渣样研磨后，在摩尔浓度为7mol/l盐酸中，水浴加热至60?80°C，搅 拌酸浸除渣30分钟，得到除杂酸浸样品； 6) 将除杂酸浸样品过滤、干燥，得到目标产物TiC。本实施例所得目标产物TiC的物相 图如图6所示。
[0026] 上述实施例一至五的步骤操作参数如表1所示。
[0027]表 1
【权利要求】
1. 基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 将碳粉和含钛高炉渣研磨后，按质量比为（38~40) : 100的比例混匀得到混匀渣样； 2) 在得到的混匀渣样中加入适量水后压制造球，得到混匀渣样球团； 3) 室温下，将混匀渣样球团放入刚玉坩埚中，并置于真空碳管炉内，对真空碳管炉抽真 空，当真空度达到lOtK^Pa后开始将真空碳管炉升温到还原温度1200~1400°C，并保持还 原温度环境2小时进行炉渣还原，得到渣样；炉渣还原过程中，对真空碳管炉持续抽真空， 保持真空碳管炉内压力在lO^K^Pa之间； 4) 炉渣还原结束后，保持真空碳管炉内真空度在lO^K^Pa之间，将渣样降至室温，取 出冷却，得到还原渣样； 5) 将得到的还原渣样研磨后，在摩尔浓度为7mol/l盐酸中，水浴加热至60?80°C，搅 拌酸浸除渣，得到除杂酸浸样品； 6) 将除杂酸浸样品过滤、干燥，得到目标产物TiC。
2. 如权利要求1所述的基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法，其特征在于， 所述步骤1中，碳粉的碳含量至少为99. 9%。
3. 如权利要求1所述的基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法，其特征在于， 所述步骤1中，将碳粉和含钛高炉渣研磨后，得到的粉末中粒径小于200目的颗粒含量超过 80% 〇
4. 如权利要求1所述的基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法，其特征在于， 所述步骤5中，将还原渣样研磨后，得到的粉末中粒径小于200目的颗粒含量超过80%;酸 浸除渣的时间为20~30分钟。
【文档编号】C22B7/04GK104498734SQ201510010258
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月9日 优先权日:2015年1月9日
【发明者】扈玫珑, 尹方庆, 魏瑞瑞, 吕学伟, 邓青宇, 许宇宙 申请人:重庆大学