[发明专利]钒钛磁铁矿真空选分逐级还原法

说明书

一、技术领域

本发明属于冶金领域，涉及有色及黑色金属冶炼，特别是实 现钒钛磁铁矿电炉直接还原熔分半钢和高钛渣，然后将高钛渣送 入真空精炼炉，在真空的环境中加热深还原出金属钛液，随即将 钛浇铸成锭。

二、背景技术

(一)1938年W.J.柯劳尔发现用镁还原四氯化钛制取海绵钛 的方法，此后不久，金属钛和钛合金就开始在美国军事工业上得 到应用，四氯化钛的制取首先要对高钛渣或钛精矿进行高温碳化， 使渣中TiO₂变为TiC，然后再进行低温氯化，使TiC转化为TiCl₄。 因此，四氯化钛本身价值就比较高，最后再用金属镁来夺取其中 的氯，所以，海绵钛的价格特高。由海绵钛制造钛锭还要先将海 绵钛压制成电极棒，再经过真空自耗炉冶炼，方能得到钛锭。以 上方法从上世纪三十年代沿用至今，一直没有大的变化。

用碳在高温下直接还原钛无疑是最经济有效的办法，但是由 于：①在常压下用碳还原出金属钛需要2000℃以上的高温，耐火 材料难以达到这样的要求；②用碳真空还原出金属钛需要大型、 高效、真空度高的真空机械，在蒸汽喷射泵向世以前难以达到这 样的要求，这就是真空碳还原钛迟迟没有面世的原因。

(二)我国的钒钛磁铁矿冶炼技术始于上世纪60年代末70 年代初，攀钢攻克了用普通高炉冶炼钒钛磁铁矿的难关。但是， 高炉冶炼钒钛磁铁矿并没有解决回收钛的问题，造成了资源的大 量浪费，上世纪70年代末80年代初方毅副总理八下攀枝花，组 织钒钛磁铁矿短流程试验，目的就是要实现铁钒钛的综合回收利 用。为此，特别在西昌410厂中试基地建设了回转窑及与之配套 的熔分炼钢试验车间，内设两台5t电弧炉。但是，由于解决不了 回转窑结圈长瘤的问题，1983年建成不久就处于停产状态。

(三)本世纪初由攀枝花学院、龙蟒公司、恒鼎公司、民福 冶金粉末厂等单位发起了新一轮的非高炉冶炼钒钛磁铁矿的工业 化试验，取得了重大突破，其中主要成果是转底炉，成功地解决 了上世纪未能解决的回转窑结圈长瘤的问题，使预还原金属化球 团的生产实现正常化，从而为后面的电炉熔分铺平了道路。

与此相关的专利技术有CN200610020436.2从钒钛磁铁矿中 分离提取铁钒和钛的方法；CN20071004654.1钒钛磁铁矿的还原方 法等。

以上方法均未采用真空技术，也没有从钒钛磁铁矿逐级选分 还原获得钛锭的方法。

三、发明内容

(一)理论依据

1、真空还原：氧化物的标准生成自由能ΔF°(又称氧化位 或化学位)是冶金学的经典理论之一。早在上世纪五十年代末期， 氧化物生成自由能变化图解就出现在高等冶金院校的教科书中， 在以后各种版本的炼钢学专著中，都对该理论予以公认。氧化物 生成反应的一般式可写为[1]：

(1)式中M和M_XO_y分别表示元素和元素氧化物，当M和 M_XO_y为纯态时，(1)式的平衡常数为：

K₁＝1/PO₂                        (2)

在标准状态时，(1)式的标准自由能变化可表示如下：

ΔF₁°＝-RTLnK₁＝RTLnPo₂＝2.303RTLgPo₂            (3)