[发明专利]一种钒钛磁铁矿和钛精矿协同冶炼的方法

说明书

本发明属于化工、冶金领域。具体地，本发明公开了一种钒钛磁铁矿和钛精矿协同冶炼的方法。本方法通过钒钛磁铁矿配加钛精矿一步协同冶炼提升钛渣品位；通过控制含钒钛渣破碎粒径，添加碳质粘结剂造粒，提高矿/碳接触效果，耦合一氧化碳催化氯化，实现含钒钛渣低温氯化；通过四氯化钛除钒干渣配碳氯化生产三氯氧钒，从而解决高钙镁钒钛资源利用的难题。本方法通过钒钛磁铁矿和钛精矿的协同冶炼，分别得到含钒铁水、四氯化钛和三氯氧钒，具有资源利用率高，节能降耗，环境友好，产品附加值高等优点。

技术领域

本发明属于化工、冶金领域，特别涉及一种钒钛磁铁矿和钛精矿协同冶炼的方法。

背景技术

我国是钒钛资源大国，钒钛矿产储量占世界的35％以上。钒钛磁铁矿是其主要的存在形式。钒钛磁铁矿是我国重要的战略性钒钛资源。

在工业上，钛资源现有的利用路径主要包括两种，流态化氯化工艺和硫酸法工艺。流态化氯化工艺是指在流化床中将含钛物料配碳氯化，得到四氯化钛中间产物。四氯化钛可以氧化生产钛白粉，也可以镁还原生产海绵钛。流态化氯化工艺流程短，成本低，污染小是一种主流的钛资源利用技术。但是流态化氯化工艺对原料的要求标准很高，一般二氧化钛品位在90％以上，粒径在75μm～300μm范围内占比90％以上。氯化工艺操作温度一般在800℃～1000℃，在此温度下，原料中的CaO、MgO等杂质也会被氯化，产生熔融状CaCl₂和MgCl₂粘结物料，破坏正常的流态化。因此一般要求氯化原料中CaO含量低于0.3％，MgO含量低于1.2％。硫酸法工艺是指将含钛物料溶解在硫酸体系，得到硫酸氧钛，再通过水解的方式生产钛白粉。硫酸法工艺通常以钛精矿(TiO₂品位约50％)或酸溶性钛渣(TiO₂品位约70％)为原料，生产过程能耗高，污染大，在国际上是一种逐渐被淘汰的技术。

目前我国钒钛磁铁矿主要采用高炉冶炼工艺。钒钛磁铁矿配加普通铁矿送入高炉冶炼，得到含钒铁水和含钛高炉渣。高炉渣中含TiO₂约22％、CaO约22％、MgO约8％、Al₂O₃约15％，由于钛品位低，钙镁等杂质含量高，目前这部分钛资源未能得到有效的利用。为解决现有钒钛磁铁矿钛资源利用率低的难题，研究人员探索了提高利用效率的新工艺。中国发明专利CN101418383B公开了一种含钛炉渣制备TiCl₄的方法。该专利在1200℃～1500℃范围内，通过配加还原剂，将高炉渣中的二氧化钛转化为碳化钛，然后在低温区域300℃～650℃范围内低温氯化。碳化钛低温氯化可以大幅度减少钙镁的氯化，同时反应温度低于钙镁氯化物熔融温度，解决了粘结失流的问题。但是高温碳化能耗很高，且常存在碳化不彻底的问题。碳化钛低温氯化，放热量很大，引起生产操作过程中炉温波动，操控复杂性升高。而且低品位的高炉渣直接氯化，产生大量的氯化尾渣，尚无较好的解决方法。中国发明专利申请CN108677025A公开了一种含钛高炉渣提钛的方法。该专利申请在800℃～1200℃范围内，在氨气气氛下，使高炉渣中的二氧化钛发生氮化反应，得到含氮化钛的氮化渣。然后在250℃～600℃低温下，与氯气反应生成四氯化钛。该工艺同样面临氮化能耗高，反应不彻底，氯化尾渣量大的问题。而且氮化渣在含氯体系易形成易爆的三氯化氮化合物，带来安全隐患。

低品位含钛物料直接氯化将产生大量的氯化尾渣，难以处理。提升含钛物料的品位是钛资源利用的较为可行的研究方向。为此，科研工作者探索了钒钛磁铁矿直接还原的新工艺。中国发明专利申请201910299575.0公开了一种深度还原短流程熔炼综合利用钒钛磁铁矿的方法，采用回转窑预还原，熔炼炉还原熔分，得到含铁水和钛渣。中国发明专利申请201910319150.1公开了以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，采用电炉直接冶炼钒钛磁铁矿，得到铁水和钛渣。中国发明专利申请201810531355.1公开了一种利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼钒钛磁铁矿的方法，将经过预热和预还原后的钒钛磁铁矿通过HIsmelt熔融还原炉的矿枪直接喷吹入炉，得到含钒铁水和钛渣。通过直接还原技术可以获得二氧化钛品位约50％的钛渣。但是50钛渣仍然不能用于现有的高温流态化氯化工艺或硫酸法工艺的原料。