[发明专利]提升含钛材料的等级

说明书

本发明涉及提升含钛材料的等级。更具体来说，本发明涉及提升含钛材料的等级的方法。 

常规方法，特别是常规商业方法，用高TiO₂含量的含钛原材料来生产TiCl₄。TiO₂与氯在高温（约900°C）氯化器中反应以生产TiCl₄，其用于在商业上大规模地生产TiO₂颜料或者钛金属。不幸的是，氯在高温下的反应没有选择性，因而氯被含钛原材料中的其他组分所消耗。 

希望一种提升含钛材料（例如钛铁矿）等级的方法，使得所述含钛材料成为一种消耗较少氯或者含钛进料的杂质产生较少氯化物废料的形式，并且可以在较低温度下进行的加工步骤中产生TiCl₄。如果该方法更为成本节约并能提升低等级的含钛材料（例如低等级的含钛炉渣），则也是优选的。 

根据本发明，提供了一种提升含钛材料等级的方法，该方法包括： 

在存在氮和碳的情况下，对包含TiO₂和Fe氧化物的含钛材料进行氮化和还原，将TiO₂转化成TiN，并将大部分的Fe氧化物还原成Fe； 

Fe优于TiN发生氧化，以形成Fe²⁺离子；以及 

去除Fe²⁺离子以产生等级提升的低Fe含TiN材料。 

通常，所述等级提升的低Fe含TiN材料是TiO、TiN和TiC的混合物。 

从而在含钛材料中会存在多种Fe氧化物，例如Fe²⁺和Fe³⁺。进而将含钛材料中的Fe氧化物碳-热(carbo-thermically)还原成Fe，同时含钛材料中的TiO₂被氮化成TiN。较佳的是，TiN比TiO₂更具有反应性，在明显较低的温度下（例如约170°C-250°C），除了Fe之外，氯选择与TiN反应而不是TiO₂，以形成TiCl₄，因而除了形成的FeCl₂和/或FeCl₃之外，实际上没有浪费氯。 

因此所述方法可包括等级提升的低Fe含TiN材料的氯化，从而将其中的TiN转化成TiCl₄。涉及的化学反应是如下反应（1）： 

TiN+2Cl₂=TiCl₄+1/2N₂     (1) 

随着大部分（如果不是基本上全部的）Fe，例如Fe²⁺被去除以提供低Fe含TiN材料，TiN的氯化会导致几乎没有氯被铁消耗掉，从而有利地改善了本 发明方法的成本。 

对于所述低Fe含TiN材料中可能存在的大部分的杂质，例如SiO₂、CaO、Al₂O₃和MgO，TiN的氯化具有选择性。在低温下（即，约170°C-250°C），上述化合物不与氯反应，而TiN与氯（Cl₂）发生反应。 

可以用本领域技术人员已知的任意方法，例如US6,629,838中所述的方法，在存在碳和氮的情况下，对包含TiO₂和Fe氧化物的含钛材料进行氮化和还原，将所述TiO₂转化成TiN，并将所述Fe氧化物还原成Fe。通常来说，使用大型氮化窑来实现氮化和还原，产生包含TiN和Fe的碳-氮化中间体。应理解，该方法步骤需要氮源。较佳的是，如果存在空气分离装置或设施来生产用于下游加工的氧气，则来自该空气分离装置的氮气可用于氮化目的。对TiO₂进行氮化的化学反应如下，即反应（2）： 

TiO₂+2C+1/2N₂=TiN+2CO     (2) 

然而在钛铁矿（它是目前用于提取钛价值物最丰富的商业性矿产）的情况下，TiO₂主要作为FeO.TiO₂存在，因而可以对FeO.TiO₂进行碳热氮化，以提供TiN、金属Fe以及一种或多种氧化碳（即CO和/或CO₂）。FeO.TiO₂的氮化和还原反应可以是如下简化形式，即反应（3）： 

FeO.TiO₂+3C+1/2N₂=Fe+TiN+3CO.(3)