鈦精礦碳熱還原行為及熔分強化分離研究.pdf

1、鈦是一種戰(zhàn)略資源，含鈦材料在國防和國民經(jīng)濟的各個部門都有廣泛應(yīng)用。其中，金屬鈦及其合金在航空、航天和航海等方面有著重要用途；鈦白粉主要應(yīng)用在化工、紡織和醫(yī)療等領(lǐng)域。儲量豐富的鈦鐵礦是金屬鈦或鈦白粉生產(chǎn)的主要原料，但其品位低，必須先經(jīng)過富集處理為品位較高的富鈦料。可見，富鈦料的制備已成為鈦工業(yè)生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)。目前，工業(yè)上主要通過電爐法制取富鈦料，但存在冶煉能耗高、工藝落后和冶煉難度大等問題。因此，開展高效低耗的電爐法制備富鈦料的基礎(chǔ)研

2、究，對鈦工業(yè)的發(fā)展具有重大意義?；诖?，通過研究攀枝花鈦精礦的碳熱還原行為，尋找一種能強化鈦精礦還原的方法，或者一種能去除鈦精礦中非鐵雜質(zhì)的新工藝，無疑是實現(xiàn)鈦精礦電爐法高效低耗的制備富鈦料所亟需的。
　　本文圍繞攀枝花鈦精礦品位低，含鈣、鎂氧化物雜質(zhì)高的特點，針對鈦精礦碳熱還原行為及鈦與鐵的強化分離進行了理論計算和實驗研究。
　　采用XRD、熱分析和SEM等分析手段對鈦精礦和取自生產(chǎn)的鈦渣性質(zhì)進行了研究。鈦精礦的主要物相為

3、：鈦鐵礦、磁鐵礦和鎂鈦礦；通過DSC曲線可知，當溫度低于1140℃時，鈦精礦吸收的熱量比較緩慢；工業(yè)生產(chǎn)鈦渣主要物相為：TiO2和假板鈦礦型(Fe, Mg)xTiyO5(x+y=3)，其開始熔化溫度約為1510℃，熔化終了溫度約為1650℃。
　　運用Fact Sage對鈦精礦碳熱還原及鈦渣對不同耐材的侵蝕作用進行了理論計算。結(jié)果表明：溫度越高越有利于鈦精礦的還原，但為了防止高熔點TiC的生成，理論上溫度應(yīng)低于1350℃，適宜的配

4、碳量為12％。添加劑硅鐵在鈦精礦強化還原過程中的作用為還原劑和發(fā)熱劑；硼砂和碳酸鈉的作用機理基本一致：易形成低熔點物質(zhì)，有利于氣體的擴散，從而有利于鈦精礦的還原。鈦渣對耐材侵蝕作用的計算表明，耐材抗渣侵蝕性能由好到壞的次序是：SiC澆注料→鎂磚→鎂碳磚→剛玉。
　　對鈦精礦的固態(tài)還原和液態(tài)熔分進行了實驗研究，結(jié)果表明：鈦精礦還原后金屬化率隨著配碳量的增加而增加，但配碳量高于12%時，其金屬化率變化不大，在84%左右；在熔分過程中，

5、渣鐵分離效果較好的配碳量為12%-14%，鈦渣品位隨著熔分時間的增加而提高。添加硅鐵后，鈦精礦還原后的金屬化率顯著提高，金屬相顆粒的平均粒度也隨著硅鐵的增加而增加，且 Si與 Ca的結(jié)合實現(xiàn)了硅鈣的富集。添加劑硅鐵在固態(tài)還原過程的作用為：還原劑、形核劑和發(fā)熱劑；在熔分過程中的作用為：作為還原劑進一步深度還原 FeO，從而提高鈦渣品位。還原后形成的SiO2能擴大鈦渣的液相區(qū)域，從而縮短熔分時間，降低冶煉周期。
　　運用熱分析方法對鈦

6、精礦還原過程TG-DSC結(jié)果進行了研究，結(jié)果表明：添加硅鐵后，鈦精礦還原過程中的失重量減少，最大失重速率及其對應(yīng)的溫度降低；添加劑硼砂和碳酸鈉會使鈦精礦還原過程中的失重量增加，最大失重速率增大，最大失重速率對應(yīng)的溫度降低。三種添加劑均可降低鈦精礦還原達到最大失重速率時的溫度，且隨著添加量的增加而降低。
　　通過Fact Sage對鈦精礦真空還原進行了理論計算，結(jié)果表明：當溫度為1550℃，配碳量為12%，壓力低于1000Pa時，氣

7、相中便開始產(chǎn)生Mg、SiO和Mn蒸氣；當配碳量為12%，壓力為100Pa，溫度高于1300℃時，氣相中開始產(chǎn)生Mg、SiO和 Mn蒸氣；當溫度達到1750℃時，整個體系內(nèi)各物質(zhì)含量趨于一穩(wěn)定值，鈦渣TiO2品位可達94%。
　　根據(jù)鈦精礦真空還原的理論計算結(jié)果，對鈦精礦真空熔分進行了實驗研究。結(jié)果表明：熔分后鈦渣的主要物相為TiO2、Ti2O3和TiO。與工業(yè)生產(chǎn)鈦渣物相相比，其最大區(qū)別是沒有假板鈦礦相；當還原溫度過高時，會產(chǎn)生合