CN103484683A

CN103484683A - 一种熔融含钛高炉渣综合利用的方法

Info

Publication number: CN103484683A
Application number: CN201310475662.XA
Authority: CN
Inventors: 齐渊洪; 高建军; 严定鎏; 刘和平
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: CISRI SHENGHUA ENGINEERING TECHNOLOGY CO., LTD.; Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2014-01-01

Abstract

一种熔融含钛高炉渣综合利用的方法，属于高炉渣利用技术领域。工艺步骤为：熔融含钛高炉渣、铝锭和CaO按一定质量比放入真空炉，真空炉通一定量氩气搅拌进行铝热预还原，预还原完成后，向真空炉内加入一定量的钙粒进行终还原，终还原后的金属液浇铸成硅钛合金铸锭，液态熔渣缓冷磨细形成干渣粉，干渣粉用于浸出Al₂O₃。最终冶炼的硅钛合金铸锭中铝和氧含量低，干渣粉中Al₂O₃以容易浸出的12CaO·7Al₂O₃形式存在。优点在于，工艺流程简单，不需要消耗新能源，无二次废渣产生，产品质量好，实现了含钛高炉渣的清洁生产和高效利用。

Description

一种熔融含钛高炉渣综合利用的方法

技术领域

本发明属于高炉渣利用技术领域，特别是提供了一种熔融含钛高炉渣综合利用的方法，熔融含钛高炉渣生产硅钛合金联合提取Al₂O₃。

背景技术

我国钒钛磁铁矿资源储量丰富，占世界已探明储量的35%左右，但钛资源利用率很低，只有20%左右。钒钛磁铁矿高炉冶炼是最成熟的工艺，但只能提取铁和钒，而钛则进入高炉渣，形成含TiO₂22%～25%的高钛型高炉渣，难以利用。目前，我国含钛高炉渣累计排放已达5000多万吨，并且每年以300多万吨的速度增加。这些渣除一小部分用于生产建筑材料外，其余大部分都堆存，不仅危害生态环境，而且造成钛资源的浪费。因此，开发出含钛高炉渣综合利用新工艺，提取其中的有价金属，是迫切需要解决的技术难题。

针对含钛高炉渣的综合利用，国内主要开展了以下几方面的研究。一是用于生产水泥、混凝土和矿渣棉等建筑材料。含钛高炉渣用于生产建筑材料是可行的，但只是一种低层次低附加值的粗放型利用，没有实现渣中有效组分尤其是TiO₂的高效利用。二是采用酸法处理含钛高炉渣提取TiO₂。酸法处理一般是通过硫酸对含钛高炉渣酸解浸取，分离其中的铁、镁、铝、钙等成分以实现对钛的富集。该技术虽然在一定程度上可以富集钛，但酸解浸取不彻底，富集的钛中杂质组分含量高，不能实现杂质组分与钛的完全分离。三是采用碱法处理含钛高炉渣提取TiO₂。碱法处理是在高温下，用NaOH与含钛高炉渣进行熔盐反应，使其中的钛、硅、铝氧化物与NaOH反应生成可分离的氧酸钠盐。该技术虽然也能够在一定程度上富集TiO₂，但碱耗量大，钛的富集效果差，尤其是高温熔盐反应能耗高，污染严重，难以实现工业化。四是采用酸碱混合法处理含钛高炉渣提取TiO₂。该法是先用酸酸解浸取铁、镁、铝、钙的氧化物，然后用NaOH与钛、硅过滤渣反应除去SiO₂，从而得到富钛料。该法虽然综合了酸除去铁、镁、铝、钙氧化物，碱除去SiO₂的优点，但仍然存在分离效果差，设备腐蚀、环境污染等问题。五是对含钛高炉渣高温改性处理选择性分离钙钛矿。通过对含钛高炉渣高温氧化改性处理后改变含钛高炉渣矿相组成，渣中钛组分转移至钙钛矿相实现TiO₂的选择性富集，然后通过选矿分离出钙钛矿富钛料。该方法虽然成本低廉，工艺流程短，但由于钙钛矿晶粒大小不一，且钙钛矿与尖晶石共生，单体解离效果差，造成TiO₂的回收率低。六是含钛高炉渣高温碳化—低温氯化制取TiCl₄。在还原温度1700℃左右，含钛高炉渣配碳生成碳化钛，冷却破碎后的碳化钛在氯化炉里氯化生成TiCl₄。该技术虽然可以较好的回收TiO₂，但高温碳化能耗大，低温氯化污染严重。七是含钛高炉渣利用硅铁还原生产铁硅钛合金。含钛高炉渣硅铁还原虽然可以得到铁硅钛合金，但由于硅还原TiO₂的能力差，所以硅铁的消耗量大，产品中氧含量高，钛回收率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种熔融含钛高炉渣综合利用的方法，具有工艺流程简单，不需要消耗新能源，无二次废渣产生，产品质量好的特点。新方法解决了含钛高炉渣传统利用工艺能源消耗大，工艺步骤繁杂，资源回收率低的问题。实现了含钛高炉渣中钛、硅、铝等组分的综合利用。

本发明的工艺步骤为：熔融含钛高炉渣、铝锭和CaO按一定质量比放入真空炉，真空炉通一定量氩气搅拌进行铝热预还原，预还原完成后，向真空炉内加入一定量的钙粒进行终还原，终还原后的金属液浇铸成硅钛合金铸锭，液态熔渣缓冷磨细形成干渣粉，干渣粉用于浸出Al₂O₃。最终冶炼的硅钛合金铸锭中铝和氧含量低，干渣粉中Al₂O₃以容易浸出的12CaO·7Al₂O₃形式存在。

所述的熔融含钛高炉渣、铝锭和CaO的质量比为：100：（20～25）：（5～15）。加入铝锭是对熔融含钛高炉渣进行预还原，将SiO₂和绝大部分TiO₂还原为Si和Ti；加入CaO是与Al₂O₃化合生成易于浸出的12C_aO·7Al₂O₃。

所述的氩气通入量为吨渣5～20m³。通入氩气是对熔池进行搅拌，增强熔渣与还原剂的接触，促进化学反应快速进行。

所述的钙粒添加量为含钛高炉渣质量的1%～5%。加入钙粒是对熔融含钛高炉渣进行终还原，将少量未还原的TiO₂还原为Ti，降低了硅钛合金中的铝含量和氧含量。

本工艺的技术优点在于：

（1）本发明熔融含钛高炉渣综合利用新方法充分利用了熔渣物理热和化学反应热，不需要消耗新能源。熔融高炉渣能够与铝锭直接反应，不需要引燃剂，而且铝热反应是放热反应，可以提高熔渣温度，降低炉渣粘度，实现炉渣和金属液的分离。

（2）本发明熔融含钛高炉渣综合利用新方法实现了熔渣的完全利用，没有二次废渣产生。含钛高炉渣中的TiO₂和SiO₂还原生成硅钛合金，干渣可以浸出Al₂O₃作为电解铝的原料，浸出尾渣可以返回烧结再生利用。

（3）本发明生产的硅钛合金中铝和氧含量少，可以用于特殊钢冶炼。采用钙粒终还原可以降低合金中TiO含量，氩气搅拌可以减少合金中Al₂O₃夹杂，降低铝含量。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

（1）熔融含钛高炉渣化学成分如下：TiO₂22.19%、CaO26.55%、MgO8.32%、SiO₂23.71%、Al₂O₃13.70%、TFe3.52%。

（2）工艺步骤：将熔融含钛高炉渣100kg，铝锭23.2kg，CaO10.3kg装入真空炉，吹0.5m³氩气搅拌进行预还原，预还原结束后加入2.3kg钙粒进行终还原，终还原后的金属液浇铸成硅钛合金铸锭，熔渣缓冷磨细后进行Al₂O₃浸出。结果表明可以得到硅钛合金铸锭26.8kg，浸出Al₂O₃48.6kg，浸出率达到82%。

实施例2：

（1）熔融含钛高炉渣化学成分如下：TiO₂23.43%、CaO27.42%、MgO8.03%、SiO₂21.71%、Al₂O₃13.75%、TFe3.24%。

（2）工艺步骤：将熔融含钛高炉渣100kg，铝锭21.5kg，CaO5.2kg装入真空炉，吹1.5m³氩气搅拌进行预还原，预还原结束后加入4.7kg钙粒进行终还原，终还原后的金属液浇铸成硅钛合金铸锭，熔渣缓冷磨细后进行Al₂O₃浸出。结果表明可以得到硅钛合金铸锭26.5kg，浸出Al₂O₃50.2kg，浸出率达到86%。

实施例3：

（1）熔融含钛高炉渣化学成分如下：TiO₂24.82%、CaO23.88%、MgO7.82%、SiO₂24.16%、Al₂O₃12.80%、TFe3.86%。

（2）工艺步骤：将熔融含钛高炉渣100kg，铝锭24.0kg，CaO12.1kg装入真空炉，吹2m³氩气搅拌进行预还原，预还原结束后加入3.7kg钙粒进行终还原，终还原后的金属液浇铸成硅钛合金铸锭，熔渣缓冷磨细后进行Al₂O₃浸出。结果表明可以得到硅钛合金铸锭29.2kg，浸出Al₂O₃55.6kg，浸出率达到91%。

Claims

1.一种熔融含钛高炉渣综合利用的方法，其特征在于，工艺步骤为：熔融含钛高炉渣、铝锭和CaO按一定质量比放入真空炉，真空炉通一定量氩气搅拌进行铝热预还原，预还原完成后，向真空炉内加入一定量的钙粒进行终还原，终还原后的金属液浇铸成硅钛合金铸锭，液态熔渣缓冷磨细形成干渣粉，干渣粉用于浸出Al₂O₃。

2.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述的熔融含钛高炉渣、铝锭和CaO的质量比为：100：（20～25）：（5～15）。

3.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述的氩气通入量为吨渣5～20m³。

4.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述的钙粒添加量为含钛高炉渣质量的1%～5%。