[发明专利]一种利用含钛高炉渣制备钛硅和铝硅合金的方法

说明书

本发明涉及一种利用含钛高炉渣制备钛硅和铝硅合金的方法，属于二次金属资源再利用和材料制备技术领域。将含钛高炉渣、铝物料和添加剂混合均匀得到总物料，在熔炼温度为1573K~1973K下保温0.5~10h，然后进行渣金分离得到Ti‑Si‑Al合金；将得到的Ti‑Si‑Al合金采用电磁或电阻加热方式的定向凝固法以定向凝固速度为10~4000μm/min进行分离和初步提纯，机械切割分离后得到Ti‑Si合金和Al‑Si合金；将得到的Ti‑Si合金进行研磨后酸洗、真空熔炼法或真空定向凝固法去除杂质再次提纯后得到高纯Ti‑Si合金。本发明为复杂含钛高炉渣资源的经济利用提供了新路径。

技术领域

本发明涉及一种利用含钛高炉渣制备钛硅和铝硅合金的方法，属于二次金属资源再利用和材料制备技术领域。

背景技术

我国的钛储量居世界首位，钛资源主要分布在四川的攀西地区，占全国总储量的90%。由于受到矿石结构和矿物成分的制约，在钒钛磁铁矿的利用过程中，大多数的钛通过炼铁工艺进入到高炉渣中，形成结构和成分复杂的含钛高炉渣。我国每年排放的含钛高炉渣数量巨大，以攀钢为例，每年排放200~300万吨的含钛高炉渣，至今已累计排放约7000万吨。大量的矿渣堆积既浪费大量资源也造成环境污染。如何将含钛高炉渣中的钛进行有效的综合利用是目前需要解决的难题。

另一方面，钛硅合金因其特殊的性质在国民经济和社会发展中有举足轻重的地位和作用。TiSi₂具有低密度、高温抗氧化能力、较好的高温稳定性和较高的高温强度，有望成为高温结构材料。TiSi₂还具有较低的电阻率和良好的场发射性能，通常用作栅电极布线、互连线、连接器产品、肖基特二极管和欧姆接触材料，在集成电路接触和互连技术中发挥了重要的作用。Ti-Si共晶合金以其高比强度、高比刚度、耐蚀性好等优越性能，有望发展成高性能、低成本的高温、高强和耐磨等新型铸造钛合金，满足航空发动机压气机零部件、飞机紧固件的使用性能，以及大型薄壁复杂结构钛合金铸件的要求。另外，Ti-Si合金也可用于电池的电极材料。

铝硅合金由于质量轻、导热性能好，又具有一定强度、硬度以及耐蚀性能。因此，在汽车工业及机器制造业中广泛用来制作一些滑动摩擦条件下使用的零件，并广泛地应用于航空、交通、建筑、汽车等重要行业，也用于制造低中强度的形状复杂的铸件，如盖板、电机壳、托架等，也用作钎焊焊料。铝硅合金是一种典型的共晶型合金，相图简单，没有中间化合物产生。它具有铸造性能好，比强度高，价格不高等优点。随着中国工业化进程的推进，交通、电子等行业对于铝合金型材需求必定呈上升的趋势，在铝合金型材的消费结构中，工业铝合金型材消费的比例必定会不断上升。中国已成世界汽车生产大国和世界上最有潜力的消费市场，轻量化是汽车工业节能减排的重要手段而轻量化必然导致铝合金在汽车上的大量应用。

采用铝作为还原剂提取含钛高炉渣中钛和硅形成Ti-Si-Al合金是目前金属热还原法处理含钛高炉渣的方法之一。但如何有效利用得到的Ti-Si-Al合金是需解决的问题。目前得到的Ti-Si-Al合金用途范围小，仅可作为钢铁冶炼过程中的除氧剂，严重限制了铝热还原法处理含钛高炉渣技术的发展。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种利用含钛高炉渣制备钛硅和铝硅合金的方法。本发明提出采用定向凝固法将铝热还原法得到的Ti-Si-Al合金进行分离和提纯，分别得到了钛硅和铝硅合金，并采用湿法冶金与真空熔炼技术，将得到了钛硅合金进一步提纯，最终得到高纯钛硅合金和铝硅合金。本发明为复杂含钛高炉渣资源的经济利用提供了新路径。本发明通过以下技术方案实现。

一种利用含钛高炉渣制备钛硅和铝硅合金的方法，包括以下步骤：

步骤1、将含钛高炉渣、铝物料和添加剂混合均匀得到总物料，在熔炼温度为1573K~1973K下保温0.5~10h，然后进行渣金分离得到Ti-Si-Al合金；