[发明专利]微波－热等离子体生产活性富钛料及人造金红石的方法

说明书

本发明涉及化工冶金技术领域，具体地说是微波-热等离子体法生产活性富钛料及人造金红石。

目前世界所产钛矿(含天然金红石及钛铁矿)总量的90％，用于生产钛白(非金属钛-TiO₂)，约3％用于生产金属钛，其余7％用于电焊条涂料、碳化钛、含钛添加剂等。富钛料(广义上包含了天然金红石、人造金红石、高钛渣及钛铁精矿经处理后的TiO₂含量大于钛铁精矿的提钛原料中间产品的统称)早已作为生产钛的最终产品(金属钛和非金属钛)的主要原料(中间产品)来利用了。由于天然金红石在世界上的储量和产量都很有限，因此发展一个国家的钛产业，提高钛资源的综合利用率，首先必须考虑由钛铁矿→富钛料的生产发展。

现有的生产富钛料的方法为传统加热法(电弧炉冶炼法，回转窑法，竖炉罐装间接加热法)，其生产投资高，效率较低，能耗高，产品质量不稳定，且含CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂较高，其付产品含钛生铁铸锭困难，故价格较低，且冶炼炉的“黑烟”污染环境较严重。而目前生产人造金红石多用酸浸法、锈蚀法、电炉或电弧炉法，其中，酸浸法工艺流程长面复杂，生产周期长，且钛、铁的回收率较低，铁难以有效利用，生产过程对环境有污染；锈蚀法的生产周期较长，钛、铁的回收率也相对较低，生产过程对环境有污染；电炉或电弧炉法工艺简单，但投资较大，生铁难予实现直接铸锭，降低了其真实价值，且“黑烟”污染严重。另外，冶炼炉生产过程不能连续。

本发明的目的在于提供一种能有效地克服上述方法的缺点，达到高效、节能、无污染，并能有效地综合利用资源的微波-热等离子体生产活性富钛料及人造金红石的方法。

本发明是这样实现的：

1)、以钛铁精矿为原料，混入精矿量的0.05～0.1％的硫作为催化剂，进入微波能加热反应系统，通入还原性气体或直接配入碳粉作为还原剂，微波能加热至表观温度为560-680℃，即可获得含量为54～57％ TiO₂，含FeO为7～0％的活性富钛料；

2)、经微波能加热预还原后产出的活性富钛料转入热等离子体炉内熔炼，炉内熔融液体温度达2200～2500℃时，可分离得含钛铁合金(可直接铸锭)、富钛料或高钛渣；

3)、高钛渣经磨细磁选后，在1100℃的条件下进行锻烧即得人造金红石。

上述的还原性气体可是CO、H₂、C₂H₂和液化石油气。

其原理是：钛铁矿是一个复合固溶体，其还原过程是一个复杂的物理化学过程。发生的反应有：(以C为还原剂)

    (1)

    (2)

    (3)

热力学计算表明，反应(1)在温度927℃时即能发生化学反应，反应(2)和(3)只有温度大于1027℃接近1127℃时才有化学反应发生。在微波埸作用的条件下，由于FeO具有很好的吸波性能，当钛铁精矿一经送入微波埸后，瞬间即产生很高的温度(能量)，并被还原为Fe与TiO₂解体，所产生中间原料在常温常压下就有很好的酸溶性——即活化。

钛铁矿中还有部分Fe₂O₃，在温度为727℃下即能发生如下反应：

    (4)

在微波埸中，FeO和Fe₂O₃在室温下就有很好的吸收微波能量的性能，吸收了能量后的FeO和Fe₂O₃瞬间即使自身(微观)的温度升得很高而抢先被还原剂还原为零价铁。由于TiO₂在室温下的微波埸中不吸收微波能而不被还原剂还原。在微波埸中的铁氧体的还原化学反应，其还原率可随意控制。