用于提高关于钛磁铁矿的电炉熔炼所产生的炉渣中的氧化钛含量的方法与流程

本发明涉及提高关于钛磁铁矿的电炉熔炼所产生的炉渣中的氧化钛含量的方法，如独立权利要求1的前序部分所定义。在本文中，“氧化钛(titaniumoxide)”是指所有钛氧化物化合物，例如tio(非化学计量)或tio2和ti2o3。全世界存在许多潜在的钛磁铁矿矿藏。钛磁铁矿通常的处理方法为电炉熔炼。大多数情况下，钛磁铁矿熔炼的主要产物为生铁(富含有价值的金属，例如钒)和炉渣。炉渣不被视为商品，并且通常进行垃圾填埋。取决于钛磁铁矿的质量，炉渣可能需要熔解以便实现良好的熔炼性能。常规的炉渣熔解使用石英或氧化钙来完成。常规的熔解剩下氧化钛(tio2)含量低的炉渣，该炉渣无法提升为商品。在熔炼过程中，原材料储存在其各自的日用量料槽中。将原材料从日用量料槽共同混合至输送机，形成熔炉进料混合物。主要的熔炉进料为钛磁铁矿精砂、钛磁铁矿预还原精砂、钛磁铁矿砂粒或钛磁铁矿预还原砂粒。使用的还原剂通常为带有碳的材料，如焦炭或无烟煤。除精砂和还原剂外，还可使用助熔剂改变炉渣的组成，以使炉渣具有所需的液线(熔融)温度和足够低的粘度以平稳出渣。常规的炉渣熔解通过将带有钙的材料(最常见的为煅石灰(cao))进料至熔炉中来进行。主要由tio2、sio2、al2o3、mgo和cao构成的炉渣已不具有商业价值，并且通常进行垃圾填埋。通常将熔炉进料混合物引至位于电炉上方的进料斗中。电炉可为两种类型：ac或dc熔炉。用振动进料器将进料混合物进料至进料管中，所述进料管导引物料通过炉顶进入熔池中。根据炉渣的液线温度，将熔融炉渣的温度保持在1500与1700℃之间。金属的温度通常较低，在1450-1550℃。钛磁铁矿熔炼的主要工艺目标是将钛磁铁矿精砂中存在的氧化铁还原成生铁，以及将精砂中存在的有价值的金属氧化物(例如氧化钒)还原成生铁金属相。熔炼过程中的两个基础反应如下：feo的还原：feo+c→fe+co(1)有价值金属氧化物(例如v2o5)的还原：v2o5+5c＝2v+5co(2)少量其他氧化物如sio2和mno也被还原成金属相。其他氧化物组分留在炉渣相中，包括精砂中存在的大部分tio2。金属相形成底部液层，而密度较低的炉渣留存在金属相的顶部。将金属和炉渣交替出炉至产物杓。炉渣产物也可直接自熔炉湿法造粒至细小的粒度。常规熔解剩下tio2含量低的炉渣，该炉渣无法提升为商品。公布au656476提供了一种用于由钛磁铁矿制备富含钛的炉渣和生铁的方法。将钛磁铁矿连同含碳还原剂一起，在无熔剂的情况下连续进料至环形d.c.电弧炉(优选等离子电弧炉)的熔池，其中熔池形成阳极而炉顶中的一个或多个电极形成阴极。优选利用该方法的出口气中所含的热量将进料预加热或预还原。连续或间歇地回收富含钛的炉渣(其可用作二氧化钛基硫酸盐的制备过程的进料)，并将生铁作为副产物出炉。公布wo2011/143703提出了一种直接熔炼方法，该方法包括将(a)含有氧化铁和至少3重量％氧化钛的含金属进料、(b)固体含碳进料和(c)含氧气体供给至含有铁和炉渣的熔池的直接熔炼容器中，以及在所述容器中直接熔炼含金属进料并产生熔融的铁、含氧化钛的熔融炉渣和出口气的过程输出物。所述方法的特征在于，如该文献中所述地控制过程条件，使得当直接熔炼容器内的熔池中的炉渣温度在1400-1550℃范围内时，熔融炉渣的粘度在0.5-5泊的范围内。公布wo2011/143703还提出了一种用于通过基于熔池的直接熔炼方法熔炼含有氧化铁和至少3重量％氧化钛的含金属进料的直接熔炼容器，其中所述容器含有金属和炉渣的熔池，并且其中熔融炉渣的温度范围为1400-1550℃，粘度在0.5-5泊的范围内。技术问题本发明的目的是提供用于提高关于钛磁铁矿的电炉熔炼所产生的炉渣中的氧化钛含量的有效方法，使得所述炉渣成为有价值的副产物。技术方案本发明的方法以独立权利要求1的定义为特征。所述方法的优选实施方案定义于从属权利要求2至9中。本发明还涉及由根据权利要求1至10中任一项的方法获得的含有氧化钛的炉渣作为原料在制备tio2颜料中的用途。在所提出的创新中，使用带有氧化钛的材料如钛铁矿(例如钛铁矿精砂)替代常规的熔解材料以制备可提升的tio2炉渣。钛铁矿精砂为市场上广泛可得的商业矿物产品(富含tio2)。也可使用其他带有氧化钛的材料。将钛铁矿精砂并入含有钛磁铁矿和还原剂(例如无烟煤)的熔炉进料混合物中。进料量基于目标炉渣tio2含量和目标炉渣液线温度来计算。炉渣粘度和目标炉渣液线温度为限制最大tio2含量的因素。在所述方法的一些实施方案中，目标炉渣tio2含量至少为55％(以重量百分比计)，在其他实施方案中至少为70％或至少为85％。在电炉中，如果使用钛铁矿作为带有氧化钛的材料，则钛铁矿中的氧化铁被还原成金属形式，因而提高了熔炉的生铁输出。钛铁矿中的tio2被熔炼并溶解在源自钛磁铁矿和无烟煤灰组分的炉渣中，因而提高了炉渣的tio2含量。所提出的对炉渣的改变将原本可丢弃的炉渣转变成了商品。结果是，熔炼运作在经济上变得更可行且更可营利。所提出的创新使得许多潜在的钛磁铁矿工程在经济上更为可行。附图说明在下文中，将参照附图更详细地描述本发明，其中图1为示出了参比材料1的钛铁矿熔解和cao熔解的三元相图，图2为示出了参比材料2的钛铁矿熔解和cao熔解的三元相图，图3为示出了参比材料3的钛铁矿熔解和cao熔解的三元相图，图4示出了炉渣的容量与炉渣的氧化钒携载容量之间的关系。具体实施方式本发明涉及用于提高关于钛磁铁矿的电炉熔炼所产生的炉渣中的氧化钛含量，即氧化钛对于炉渣的其他组分的相对重量百分比含量的方法。所述方法包括：将钛磁铁矿、还原剂和助熔剂进料至熔炼熔炉中，例如进料至电炉中。所述方法包括：在电炉中熔融钛磁铁矿、还原剂和助熔剂，形成含有液体金属的层和在该含有液体金属的层上的含有炉渣的层。所述电炉优选但并非必需为电弧炉，并且因此进行所述熔融的热能优选但并非必需通过电能产生。所述方法包括：从电炉中分别取出液体金属和炉渣。在所述方法中，助熔剂包含3至100％的带有氧化钛的材料，例如钛铁矿，以重量百分比计。所述方法优选但并非必需地包括：将约3％至约25％、优选约10至约15％、更优选约15％的量的带有氧化钛的材料(例如钛铁矿)进料至电炉中，基于钛磁铁矿的重量计。所述方法优选但并非必需地使用含碳材料例如焦炭或无烟煤作为还原剂。所述方法优选但并非必需地包括：进料含有75至95％、优选80至90％的磁铁矿(fe3o4)，0.25至1.5、优选0.45至1.5％的氧化钒(v2o5)和2.5至15％、优选3至10％的氧化钛(包括例如tio2和ti2o3)的钛磁铁矿。所述方法优选但并非必需地包括：使用含有约40至约60％、优选约50至约55％的氧化钛(包括例如tio2和ti2o3)的带有氧化钛的材料(例如钛铁矿)，以重量百分比计。所述方法优选但并非必需地包括：计算钛磁铁矿中的氧化钛的当量含量，计算带有氧化钛的材料(例如钛铁矿)中的氧化钛的当量含量，和调节钛磁铁矿的进料量与带有氧化钛的材料(例如钛铁矿)的进料量相适应。所述方法优选但并非必需地包括：将一个量的带有氧化钛的材料(例如钛铁矿)进料至电炉中，使得基于钛磁铁矿的重量计，约1％至约20％的来自带有氧化钛的材料(例如钛铁矿)的氧化钛(例如tio2和ti2o3)会被进料至电炉中。理论实施例在下文中，将提出三个钛铁矿熔解和炉渣化学性质效果的理论实施例。在理论计算中，使用参比钛磁铁矿1至3(见表1)作为进料，并使用参比钛铁矿2(见表2)作为助熔剂。在理论计算时，出于对比的目的，还将cao用作助溶剂。此外，如不使用助熔剂，则以理论计算来计算理论结果。在计算中，目标炉渣的tio2含量为55％(以重量百分比计)。这可通过与钛磁铁矿进料量相关的钛铁矿进料量来直接控制。基于在全部三种不同钛磁铁矿的情况下的理论处理方法，钛铁矿熔解使得能够具有良好的炉渣液线温度，并产生了为可售卖产品的炉渣。图1至3也图示出在cao熔解的情况下，炉渣的tio2含量将会变低，致使炉渣为可丢弃的非商业副产物。在图1至3的三元相图中，为了有效地图示出图中的炉渣化学性质，将mgo组分的量添加至cao组分中。表1：参比材料1、2和3的组成(以重量百分比计)表2：钛铁矿材料3的组成(以重量百分比计)对炉渣组成的推测通过常规的质量平衡计算来进行，其中基于炉渣的tio2含量目标(55％)，固定钛磁铁矿的量并计算钛铁矿的添加(钛磁铁矿进料的百分比)。回收率(元素在炉渣和金属中的分布)基于实验测试来评估。对于图1至3中的三元相图，将主要炉渣组分含量(sio2、cao、al2o3和tio2)推测为100％，因而从三元相图中排除了次要组分。同样出于多相炉渣体系的原因，将mgo与cao按总量计，以便简化体系并使得能够对相图进行研究。所使用的回收率示于表3中。表3：使用的回收率。元素回收至金属的回收率％fe100cr20ti10mn40v95si15s50p90c10参比材料1在图1的三元相图中，描述了钛磁铁矿参比1的钛铁矿和cao熔解。在该三元相图中，示出了三种情况(无熔剂、钛铁矿熔剂和cao熔剂)的炉渣组成及相应的液线温度。由图1可见，为了实现55％的炉渣tio2含量，钛铁矿熔剂的进料量应为钛磁铁矿进料的6.3％。同时，实现了约1550℃的液线温度。所述温度使得能够具有良好的钒回收和高的炉渣tio2含量，这使得该炉渣为可售卖的产品。当使用cao熔解时，cao熔剂的量应为钛磁铁矿进料的3.3％，导致炉渣的cao含量为35％且炉渣的液线温度为1550℃。该熔解使炉渣的tio2含量为27％，致使该炉渣为非营利的副产物。参比材料2在图2的三元相图中，描述了钛磁铁矿参比2的钛铁矿和cao熔解。在该三元相图中，示出了三种情况(无熔剂、钛铁矿熔剂和cao熔剂)的炉渣组成及相应的液线温度。由图2可见，为了实现55％的炉渣tio2含量，钛铁矿熔剂的进料量应为钛磁铁矿进料的3.6％。同时，实现了高于1600℃的液线温度。所述温度使得能够具有良好的钒回收和高的炉渣tio2含量，这使得该炉渣为可售卖的产品。在cao熔解的情况下，熔解的量应为钛磁铁矿进料的5.3％，导致炉渣的cao含量为35％且液线温度为1550℃。该熔解使炉渣的tio2含量为35％，致使该炉渣为非营利的副产物。参比材料3在图3的三元相图中，描述了钛磁铁矿参比3的钛铁矿和cao熔解。在该三元相图中，示出了三种情况(无熔剂、钛铁矿熔剂和cao熔剂)的炉渣组成及相应的液线温度。由图3可见，为了实现55％的炉渣tio2含量，钛铁矿熔剂的进料量应为钛磁铁矿进料的15％。同时，实现了高于1500℃的液线温度。在cao熔解的情况下，熔解的量应为钛磁铁矿进料的3.8％，导致炉渣的cao含量为35％。该熔解使炉渣的tio2含量为35％，致使该炉渣为非营利的副产物。更高的有价值金属回收率高的炉渣碱度会降低对有价值金属的回收，例如将钒回收至生铁中。在图4中可见炉渣的光学碱度与炉渣的氧化钒携载容量之间的关系。cao为提高炉渣碱度的组分。另一方面，tio2起到酸性组分的作用，其降低炉渣的碱度。由于常规熔解中cao的含量提高，炉渣的钒容量增大，因而降低了还原成金属形式的钒的量。当使用钛铁矿熔剂时，炉渣的cao含量非常低且tio2含量较高。结果是，炉渣的氧化钒容量仍然较低，因此提高了钒至金属的回收。钛铁矿熔解使得能够更高地回收有价值的金属，这使得所述方法在经济上更可行，因为损失至炉渣中的钒更少。与高cao相比在高tio2下更宽的运行区域如图1至3中所见，与使用cao作为熔剂的区域相比，具有高tio2的炉渣位于液线温度线更分离的温度区域。这意味着与使用cao熔剂运行相比，常规熔炉运行中的偏差(例如原材料化学组成改变、进料系统不精确、功率和温度变化)对炉渣特性(粘度、液线温度)的影响较小，这使得熔炉的运行更平稳且更可预见。制备富含tio2的炉渣的可能性对于tio2颜料的制备，炉渣的tio2需要高于55％。因此，如果添加足够的钛铁矿熔剂，则可达到该限制。对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术进步，本发明的基本理念可以不同的形式来实施。因此，本发明及其实施方案并不局限于以上的实施例，而是可以在权利要求的范围内进行改变。当前第1页12