一种利用钒钛磁铁矿选铁尾矿制备钛铁合金的方法

摘要

本发明公开了一种利用钒钛磁铁矿选铁尾矿制备钛铁合金的方法，包括：a.以钒钛磁铁矿选铁尾矿为原料，选取钛精矿；b.将上述钛精矿采用造球、压制后进行高温烧结的方法，或者采用熔化后凝固的方法成型制得固体阴极；c.将制好的钛精矿阴极，采用熔盐电脱氧法进行电解还原，反应过程中通惰性气体进行保护；d.待上述反应结束后，继续通入惰性气体进行保护并待其产物温度降至常温后将反应产物从熔盐内取出，将得到的还原反应产物进行清洗、干燥、磁选等处理，得到钛铁合金。本方法克服了目前各种现有技术存在的生产周期长、工序复杂、能耗高等不足之处，具有充分利用矿产资源、生产周期短、工序简单、成本低、能耗低、环境友好等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及钒钛磁铁矿选铁尾矿处理方法，具体的说是一种利用钒钛磁铁矿选铁尾矿制备钛铁合金的方法。

背景技术

钒铁磁铁矿在世界上的储量很丰富，我国的储量名列前茅，四川攀西地区储量达百亿吨，占全国储量的80％以上。攀技花钢铁公司是世界上开采利用钒钛磁铁矿规模最大和冶炼钒钛磁铁铁矿技术最先进的企业。目前攀钢每年开采原矿石1000万多吨，这些原矿石在冶铁之后剩下大量主要成分是钛精矿的尾矿，其中仍然含有大量的钛元素和铁元素。

在现有技术中，对选出的钛精矿主要有以下两种途径加以利用：一是直接作为硫酸化钛白法的原料生产钛白粉；二是用于冶炼高钛酸溶渣，酸溶渣再进行酸溶生产钛白粉。但上述现有的利用钛精矿生产钛白粉的技术中均存在一些问题：如由于钛精矿中含有铁，酸溶时与酸反应生成硫酸亚铁，生产一吨钛白产生3吨左右硫酸亚铁，且其目前的利用范围窄及用量小，对其的处理存在许多问题；再如直接利用钛精矿制取钛白的耗酸量太大，对废酸的处理技术有限。这些问题就导致了现有的技术，对钛精矿的利用效果均不够理想。

钛铁是一种用途较为广泛的特种铁合金，主要是作为炼钢的除气剂、脱氧剂、合金剂以及储氢材料。目前主要采用铝热还原、碳热还原钛精矿以及重熔海绵钛和金属铁制备钛铁合金，但这几种方法都存在一定的缺点和不足。铝热法生产钛铁合金的主要缺点是铝的消耗量大，产品中的氧含量很高；碳热还原制备钛铁合金的缺点是所生产的钛铁合金中碳含量较高，不适合于熔制低碳含量的耐腐蚀合金钢；而重熔海绵钛和金属铁制备钛铁合金，过程繁琐，时间长，能耗高。因此，基于丰富的钛精矿资源，开发一种制备钛铁合金的新方法成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是，克服现有技术存在生产周期长、工序复杂、能耗高等不足之处，提出一种利用钒钛磁铁矿选铁尾矿制备钛铁合金的方法，实现充分利用矿产资源、生产周期短、工序简单、成本低、能耗低、环境友好的钛铁合金生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种利用钒钛磁铁矿选铁尾矿制备钛铁合金的方法，包括以下步骤：

a、以钒钛磁铁矿选铁尾矿为原料，选取钛精矿；

b、将上述钛精矿采用造球、压制后进行高温烧结成型的方法，或者采用熔化后凝固的方法成型制得固体阴极；

c、将上述制备好的钛精矿固体阴极，采用熔盐电脱氧法进行电解还原，反应过程中通惰性气体进行保护；其中熔盐选用KCl、CaCl₂或者这两者的混合物，电解温度控制为800-850℃，电解电压不高于熔盐分解电压，具体优选为3.2V。

d、待上述反应结束后，继续通入惰性气体进行保护并待其产物温度降至常温后将反应产物从熔盐内取出，将得到的还原反应产物进行清洗、干燥处理，得到含杂质的钛铁合金粉末。

其中，a步骤所述选取钛精矿的方法可采用现有技术。在现有技术中，钒钛磁铁矿通过选铁得到铁精矿和尾矿，再对尾矿进行选钛，就得到钛精矿。选钛可采用重选、磁选等方法，这均是非常成熟的现有技术。得到的钛精矿的主要成分是钛铁矿(FeTiO₃)。

相比于现有技术，本技术方案具有如下优点：

1、本发明使用钛精矿制备FeTi合金，找到了一种对钒钛磁铁矿选铁尾矿处理的方法，高效的利用了钒钛磁铁矿选铁尾矿中蕴含的钛精矿资源。

2、本发明通过处理金属氧化物直接获取合金的方法，与传统合金制备方法比较，明显具有生产成本低、周期短、工序简单的特点。

3、本发明对环境友好，生产过程中不存在任何形式的环境污染。

4、本发明另辟蹊径，开发出一种钛精矿的新用途，大大提高了钛精矿的利用效果。

附图说明

图1是钛精矿原矿的XRD图。

图2是钛精矿烧结矿XRD图。

图3是保护气氛下钛精矿熔化后凝固XRD图。

图4是熔盐电解钛精矿后阴极XRD图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的内容完全不局限于此。

实施例1：原料钛精矿粉(主要成分为FeTiO₃，XRD结果如图1所示)，在1350℃条件下熔化钛精矿后再凝固形成电解阴极(XRD结果如图3所示)，在800℃条件下，采用分析纯KCl熔盐体系下对阴极进行电解反应，电解电压为3.2V并通Ar保护(0.5升/分钟)。熔盐电解钛精矿后阴极XRD结果如图4所示。电解20小时后使阴极与KCl熔盐分离保持到常温，再进行清洗、干燥。通过XRD分析所得产物为FeTi合金。

实例2：原料钛精矿粉(主要成分为FeTiO₃)，对200目以下的钛精矿进行300Mpa压制成型，在1200℃时进行5h烧结制成钛精矿反应阴极，钛精矿烧结矿XRD结果如图2所示。(烧结条件也可为温度1200℃左右，烧结时间5h-10h；如温度1150℃时，烧结8h-10h；温度1250℃时，烧结5h-6h)。在850℃条件下，采用分析纯CaCl₂熔盐体系下对阴极进行电解反应，电解电压为3.2V并通Ar保护(0.5升/分钟)。熔盐电解钛精矿后阴极XRD结果如图4所示。电解20小时后使阴极与KCl熔盐分离保持到常温，再进行清洗、干燥。通过XRD分析所得产物为FeTi合金。

实例3：原料钛精矿粉(主要成分为FeTiO₃)，在1350℃条件下熔化钛精矿后再凝固形成电解阴极，在830℃条件下，采用KCl-CaCl₂熔盐体系(摩尔比1∶1)下对阴极进行电解反应，电解电压为3.2V并通Ar保护(0.5升/分钟)。熔盐电解钛精矿后阴极XRD结果如图4所示。电解20小时后使阴极与KCl熔盐分离保持到常温，再进行清洗、干燥。通过XRD分析所得产物为FeTi合金。

本发明中，以钒钛磁铁矿选铁尾矿为原料，选取钛精矿；由于此步骤为公知技术，故其具体实施时，也可直接购买钛精矿加以实施。

综上，本发明以钛精矿为原料制作固体阴极，再通过高温熔盐电解的方式进行还原，得到FeTi合金，而且从反应物到生成物的过程均为固态。具体实施时，首先对钛精矿采用造球、压制的方法进行成形，再根据钛精矿的物相特点，选择在1200℃左右烧结5h左右的方式，使钛精矿固结并达到电解反应的强度要求；或者可以采用直接熔化的方式使钛精矿完全成为液态，再经过凝固过程形成用于电解反应的固体阴极。将得到的上述含杂质的钛铁合金粉末，采用磁选的方法，将其中没有参加电解反应的杂质元素去除，得到纯净的钛铁合金。

对于制备好的电解钛精矿固体阴极，通过高温熔盐电解的方法进行电解还原。熔盐选用分析纯KCl、CaCl₂或者这两者的混合物。电解温度控制在800℃到850℃之间。电解电压要求不得高于熔盐的分解电压，电解过程中电解电压设置为3.2V。为了保障电解过程的顺利进行，反应过程采用通Ar的方式进行气氛保护。完全反应时间受到阴极质量的影响，当经过长时间反应后电解电流趋于稳定，此时认为反应结束，使产物与熔盐分离并继续通Ar保护。待得产物温度降至常温后从反应器中取出产物。从反应开始到结束，阴极始终以固态形式存在。最后对产物进行清洗、干燥、磁选等处理，得到钛铁合金。