[发明专利]含钛高炉渣制取四氯化钛的方法

说明书

本发明属于处理含钛冶金渣制取四氯化钛方法技术领域，特别适合于处理高炉冶炼钛磁铁精矿（或钒钛磁铁精矿）的副产品即含钛高炉渣制取四氯化钛。

新西兰曾将含二氧化铁约33%的固体冶金炉渣以碳为还原剂，在遂道窑中于1350℃-1400℃温度下使钛还原碳氮化，碳氮化后的含钛炉渣经过低温氯化制取四氯化钛。美国也有类似的方法。该方法是冷渣细磨、高配碳炉外混合、遂道窑内间接加热还原碳氮化。这些方法的缺点是流程长、碳氮化反应速度慢、物料在窑内停留时间长、热效率及生产效率都低，难以实现商业性生产。

US3，899，569美国专利在电炉冶炼钛铁矿时添加适量氧化钙，使冶炼钛铁矿的温度有所降低，操作有所改善。将上述含氧化钙的钛渣配上足够数量的碳，于单相电弧炉中，在略高于1850℃温度下使二氧化钛及氧化钙都生成碳化物，在渣面上用碳粉覆盖保护在炉内冷却。取出的冷渣与水反应，其碳化钙分解成乙炔及氢氧化钙，弥散在碳化钙基体中的碳化钛微粒被释放出来分散于氢氧化钙的矿浆之中。根据比重的不同，用重选法选出碳化钛精矿。碳化钛精矿在225℃-300℃的温度下氯化制取四氯化钛。对钙钛矿只要配足够的碳，以上述方法碳化、氯化，制取四氯化钛。该方法处理的含钛物，二氧化钛含量均大于50%，而SiO₂、Al₂O₃和MgO各自的百分含量均小于5%，其缺点是：1.冷渣人炉碳化，电能消耗高。

2.碳的需要量多，是氧化钙和二氧化钛同时生成各自碳化物以及一氧化碳理论量的110-150%。

3.碳化后熔渣不能放出炉外，需在碳粉保护下在炉内冷却，以免与空气接触再氧化，碳化电炉不能进行连续生产，设备利用率及生产率低。

4.冷渣从碳化电炉内取出易损坏炉衬。

因此，很难进行商业性生产，对二氧化钛含量仅24-35%，而SiO₂、Al₂O₃和MgO含量总和高达45%至35%的高炉渣，US3，899，569美国专利不能有效处理。

本发明的目的是针对上述问题作出改进，提出一种将高炉排放的液态含钛高炉渣流入密闭式电炉，在炉中高温下进行碳化，碳化高炉渣在流化床中低温下进行氯化的制取四氯化钛的方法。用这种方法能处理二氧化钛含量低，而SiO₂、Al₂O₃和MgO含量总和高的高炉渣。又由于这种方法能耗低、流程短、生产效率高，所以生产成本低，能进行商业性生产。

这种含钛高炉渣制取四氯化钛的方法是，使高炉渣与碳反应进行碳化，碳化高炉渣与氯气反应进行氯化。所处理的高炉渣中二氧化钛含量仅有15-35%，而SiO₂、Al₂O₃、MgO、CaO等含量总和达65%以上。将高炉排放的液态含钛高炉渣流入密闭式电炉，在炉中加碳进行碳化。碳加入量是碳与渣中二氧化钛反应生成碳化钛和一氧化碳化学计算理论量的110-120%。碳化反应过程的反应温度为1600℃-1800℃。碳化后的高炉渣呈液态从密闭式电炉中放出，在空气中冷却，冷却后经破碎，细磨成颗粒状。颗粒状的碳化高炉渣在流化床中用氯气氯化。氯化反应过程的反应温度应保持在250℃-600℃之间。

所处理的高炉渣的铁含量以金属计要小于5%，否则，不但降低了高炉冶炼的铁生产率，而且在碳化时生成碳化铁增加了碳的消耗量，在氯化时又增加了氯气的消耗量，生成较多的而用处不大的三氯化铁。密闭式电炉使液态高炉渣在碳化过程中不与或极少与空气接触，避免空气侵入增加碳的消耗并产生热对流将碳粉大量带走，确保液态高炉渣与碳的良好反应。

液态高炉渣中CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃、的重量百分比要服从下面关系式：

确保原来熔渣中与二氧化钛化学结合的CaO、MgO在二氧化钛被碳化之后转为与SiO₂、Al₂O₃结合生成2CaO·MgO·2SiO₂或2CaO·Al₂O₃·SiO₂之类的硅酸盐及玻璃质。含有这些物质的液态高炉渣的粘度较小，有利于反应生成的CO气体在渣内搅动和逸出。搅动促进了液态高炉渣与碳的混合，提供了良好的反应动力学条件。这些物质在低温氯化反应过程中不易氯化，从而提高了氯气的有效利用率。