一种钛渣冶炼用铁焦的生产方法及铁焦与流程

1.本发明涉及钛渣冶炼技术领域，尤其涉及了一种钛渣冶炼用铁焦的生产方法及铁焦。


背景技术：

2.电炉熔炼法生产的钛渣产品占世界富钛原料产量的70％以上，广泛应用于硫酸法钛白、海绵钛、氯化法钛白等钛产业中。电炉冶炼钛渣的主要原料包括钛精矿和还原剂，从原料和产品经济均衡性上考虑，电炉冶炼酸溶性钛渣所用还原剂主要是焦炭。若酸溶性钛渣冶炼过程中还原剂(焦炭)不适宜时，容易导致配碳量增加、吨料电耗偏高、钛渣品位偏低、烟气温度偏高和铁水温度偏低等一系列问题。因而，提升钛渣用焦技术水平，对优化钛渣冶炼工艺，提升钛渣产品质量意义重大。
3.目前，电炉冶炼酸溶性钛渣所用焦炭主要是常规冶金焦。常规冶金焦具有机械强度高、反应后强度高、反应性低等特点，但是常规冶金焦的性能特征主要是从高炉用焦所需出发，而钛渣用焦则需重点考虑反应性高、粒度适宜(一般在1
‑
13mm范围)等，故而用常规冶金焦来进行钛渣冶炼存在明显不足。铁焦，作为一种具有反应性高特点的功能性焦炭，应用于钛渣冶炼上的优势明显。主要有：铁焦中的铁可与矿物形成金属铁相、铁橄榄石和铁尖晶石，充当铁相成核剂，降低金属铁的成核位垒，促使渣中铁颗粒长大，有助于渣铁界面的生成，推动渣铁分离；铁可以促进焦炭反应性，加快焦炭中碳微晶结构上的活性位点与钛精矿中的钛氧化物反应，从而缩短冶炼周期。但是，目前铁焦研究主要针对于高炉冶炼，与钛渣冶炼的匹配度不高；另外随着优质矿源的不断开采，粗粒度钛精矿的产量逐渐难以满足钛渣冶炼的生产需求。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中所提到的技术问题，在本发明的一个方面提出了一种钛渣冶炼用铁焦的生产方法，所述方法包括：制备基础煤样；将微细粒度级钛精矿作为添加剂与所述基础煤样按比例混合获得混合物；将所述混合物送入焦化炉并以预设堆密度进行反应后获得钛渣冶炼用铁焦。
5.在一个或多个实施例中，所述微细粒度级钛精矿中包含以下质量百分比的成分：tio2含量为40～50％，feo含量为20～30％，fe2o3含量为3～8％，且所述微细粒度级钛精矿作为添加剂与所述基础煤样的混合比例为7～10％。
6.在一个或多个实施例中，所述微细粒度级钛精矿的粒度小于325目。
7.在一个或多个实施例中，所述基础煤样经由具有不同热塑性的多种焦煤破碎混合而制备。
8.在一个或多个实施例中，所述多种焦煤的热塑性区间为10～100℃。
9.在一个或多个实施例中，所述多种焦煤为3种，每种焦煤的热塑性区间及按照质量的混合比例依次为：
10.第一焦煤，热塑性区间为70～100℃，混合比例为10
‑
25％；
11.第二焦煤，热塑性区间为40～70℃，混合比例为30
‑
50％；
12.第三焦煤，热塑性区间为10～40℃，混合比例为25
‑
60％。
13.在一个或多个实施例中，所述基础煤样中水分质量百分比为3
‑
5％；在制备所述基础煤样过程中，当所述基础煤样的原煤样中的水分含量高，则将其干燥，若水分含量低，则向其添加水分；其中，所述原煤样为多种焦煤。
14.在一个或多个实施例中，所述混合物在所述焦化炉中反应的堆密度为0.5～0.6t/m3。
15.在一个或多个实施例中，所述将所述混合物送入焦化炉并以预设堆密度进行反应后获得钛渣冶炼用铁焦，包括：在焦化炉中，以30℃/min的升温速率将所述混合物的温度升至300℃，再以4
‑
6℃/min的升温速率将所述混合物的温度升至500℃，再以30℃/min所述混合物的温度升至900℃，恒温反应2～3h，常温冷却后获得钛渣冶炼用铁焦。
16.在本发明的另一个方面，还提出了一种铁焦，所述铁焦由上述实施例中任意一项所述的一种钛渣冶炼用铁焦的生产方法制备获得。
17.本发明的有益效果包括：通过本发明方法制备的钛渣冶炼用铁焦具有反应性高以及与钛渣冶炼配合度高等特点，其中，配合度高主要体现在铁焦中的铁更易于与矿物发生铁相成核，进而有助于渣铁分离，并且无论是渣铁分离还是铁焦中的钛均有助于提升钛渣的品位；此外，由于现有的钛渣冶炼过程难以利用过于细小的钛精矿颗粒(包括钛精矿粉)，因而造成了一定程度上的资源浪费，而在本发明的方法中，以微细粒度的钛精矿作为添加剂能够充分的利用这些细小的钛精矿颗粒(包括钛精矿粉)，从而可以提升对钛精矿资源的利用率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
19.图1为本发明的一种钛渣冶炼用铁焦的生产方法的工艺流程示意框图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
21.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
22.为了制备一种更适合钛渣冶炼用的铁焦，本发明提出了一种钛渣冶炼用铁焦的生产方法，利用本发明方法制备的铁焦具有反应性高以及与钛渣冶炼配合度高等特点，能够有效降低冶炼过程中的配碳量、吨料电耗和烟气温度，并提升钛渣品位和铁水温度等一系列好处。以下将结合具体附图对本发明的方法进行详细说明。
23.图1为本发明的一种钛渣冶炼用铁焦的生产方法的工艺流程示意框图。如图1所示，本实施例的钛渣冶炼用铁焦的生产方法包括：步骤s1、制备基础煤样；步骤s2、将微细粒度级钛精矿作为添加剂与基础煤样按比例混合获得混合物；步骤s3、将混合物送入焦化炉并以预设堆密度进行反应后获得钛渣冶炼用铁焦。通过本发明方法制备的铁焦，不但具有较高的反应性，而且在应用于钛渣冶炼时，铁焦中的铁更易于与矿物发生铁相成核，进而有助于渣铁分离，并且无论是渣铁分离还是铁焦中的钛均有助于提升钛渣的品位；此外，由于现有的钛渣冶炼过程难以利用过于细小的钛精矿颗粒(包括钛精矿粉)，因而造成了一定程度上的资源浪费，而在本发明的方法中，以微细粒度的钛精矿作为添加剂能够充分的利用这些细小的钛精矿颗粒(包括钛精矿粉)，从而可以提升对钛精矿资源的利用率。
24.在进一步的实施中，微细粒度级钛精矿中包含以下质量百分比的成分，tio2含量为40～50％，feo含量为20～30％，fe2o3含量为3～8％，且微细粒度级钛精矿作为添加剂与基础煤样的混合比例为7～10％。其中，微细粒度级钛精矿中各组份含量越高，混合比例越低；微细粒度级钛精矿的粒度可选的等于325目，优选的小于325目。
25.在进一步的实施中，本发明的基础煤样经由具有不同热塑性的多种焦煤破碎混合而制备，并且热塑性存在差异的多种焦煤的热塑性区间为10～100℃。
26.在一个优选的实施例中，将3种热塑性区间的焦煤混合，每种焦煤的热塑性区间及按照质量的混合比例依次为：第一焦煤，热塑性区间为70～100℃，混合比例为10
‑
25％；第二焦煤，热塑性区间为40～70℃，混合比例为30
‑
50％；第三焦煤，热塑性区间为10～40℃，混合比例为25
‑
60％。其中，不同的热塑性区间代表焦煤具有不同的水分含量、挥发分含量、固定碳含量以及灰分含量等。不同热塑性区间及混合比例将影响本发明方法生成的钛渣冶炼用铁焦的反应性、粒度、反应后强度以及比表面积等参数。
27.在进一步的实施中，在制备本发明的钛渣冶炼用铁焦的过程中，对基础煤样的原煤样的水分含量也有要求，要求基础煤样的原煤样的水分质量百分比为3
‑
5％；因此，在制备基础煤样过程中，当基础煤样的原煤样中的水分含量高，则将其干燥，若水分含量低，则向其添加水分；其中，原煤样为具有不同热塑性区间的焦煤。
28.在进一步的实施例中，在将制备的基础煤样与作为添加剂的微细粒度级钛精矿按比例混合后获得的混合物放入焦化炉中时，需要保证混合物的度密度为0.5～0.6t/m3，以使其充分反应。反应过程包括在焦化炉中，以30℃/min的升温速率将混合物的温度升至300℃，再以4
‑
6℃/min的升温速率将混合物的温度升至500℃，再以30℃/min混合物的温度升至900℃，恒温反应2～3h，常温冷却后获得钛渣冶炼用铁焦。
29.上述各实施例中仅对本发明方法中的一些关键步骤进行了阐述，为了便于本领域技术人员的实现，以下将通过一个具体实施例来说明本发明方法的相对完整的工艺流程。
30.实施例1
31.第一步：选取三种热塑性区间存在差异(热塑性区间为10～100℃)的焦煤，分别进行破碎，作为原煤样；
32.第二步：调控原煤样中水分含量位于3
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5％区间范围内，若原煤样中水分含量高，则将其干燥，若水分含量低，则添加水分；
33.第三步：将已调控好水分的三种原煤样在混料机中进行混合，获得混合基础煤样，混合原煤样的配比按照煤样热塑性区间不同依次为：热塑性区间为70～100℃的原煤样配
加量为10
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25％，热塑性区间为50～70℃的原煤样配加量为30
‑
50％，热塑性区间为10～40℃的原煤样配加量为25
‑
60％；
34.第四步：将钛精矿进行筛分，选择粒度小于325目的微细粒级钛精矿作为铁焦制备添加剂，微细粒级钛精矿中tio2的含量为40～50％，feo含量为20～30％，fe2o3含量为3～8％；其中，上述含量具体指的是质量百分比；而后将其烘干，并与混合煤样在混料机中混合均匀，继而放入焦化反应器中捣固，微细粒级钛精矿的加入量为7～10％；焦煤与钛精矿的混合物料在焦化反应器中的堆密度为0.5
‑
0.6t/m3；
35.第五步：把焦化反应器置入焦炉炉膛中心，以30℃/min的升温速率将混合物温度升至300℃，再以4
‑
6℃/min的升温速率将混合物的温度升至500℃，然后再以30℃/min升温至900℃，焦化恒温时间2～3h，然后取出焦化反应器，常温冷却即获得钛渣冶炼用铁焦。
36.上述实施例1中相对完整了阐述本发明方法的工艺流程，为了进一步说明微细粒度级钛精矿作为添加剂在本发明的方法中产生的作用，以下将通过实施例2和实施例3的实验结果比对来展现。其中，实施例2与实施例3仅在微细粒级钛精矿的加入量上进行了调整，实施例2和实施例3的具体步骤及结果如下：
37.实施例2
38.选取三种不同热塑性区间的煤样(具体工业分析与热塑性特征如表1所示)，煤样a热塑性为99℃、煤样b为62℃、煤样c为30℃，分别进行破碎，作为原煤样；根据煤样已有的工业分析参数，添加水分至三种焦煤水分含量为4％；将三种原煤样按照热塑性区间的大小在混料机中混合均匀获得基础煤样，三种原煤样的混合比例为：煤a
‑
20％、煤b
‑
40％、煤c
‑
40％；将钛精矿(成分见表2)进行筛分，选择粒度小于325目的微细粒级钛精矿作为铁焦制备的添加剂，将其烘干，然后与混合煤样在混料机中混合均匀，继而放入焦化反应器中捣固，其中，微细粒级钛精矿的加入量为10％，煤与钛精矿的混合物料在焦化反应器中的堆密度为0.55t/m3；将焦化反应器置入焦炉炉膛中心，以30℃/min的升温速率将煤样温度升至300℃，再以5℃/min的升温速率将煤样温度升至500℃，然后再以30℃/min升温至900℃，焦化恒温时间2.5h，然后取出焦化反应器，常温冷却即得钛渣冶炼用铁焦(性能结构见表3)。
39.表1煤样的工业分析与热塑性特征
[0040][0041]
其中，各单位含义为：ad：空气干燥基；daf：干燥无灰基；d：干燥基。
[0042]
表2钛精矿主要成份指标/％
[0043][0044]
表3钛渣冶炼用铁焦的性能结构指标
[0045][0046]
实施例3
[0047]
选取三种不同热塑性区间的煤样(具体工业分析与热塑性特征如表1所示)，煤样a热塑性为99℃、煤样b为62℃、煤样c为30℃，分别进行破碎，作为原煤样；根据煤样已有的工业分析参数，添加水分至三种焦煤水分含量为4％；将三种原煤样按照热塑性区间的大小在混料机中混合均匀获得基础煤样，三种原煤样的混合比例为：煤a
‑
20％、煤b
‑
40％、煤c
‑
40％；将钛精矿(成分见表2)进行筛分，选择粒度小于325目的微细粒级钛精矿作为铁焦制备添加剂，将其烘干，然后与混合煤样在混料机中混合均匀，继而放入焦化反应器中捣固，其中，微细粒级钛精矿的加入量为7％，煤与钛精矿的混合物料在焦化反应器中的堆密度为0.55t/m3；将焦化反应器置入焦炉炉膛中心，以30℃/min的升温速率将煤样温度升至300℃，再以5℃/min的升温速率将煤样温度升至500℃，然后再以30℃/min升温至900℃，焦化恒温时间2.5h，然后取出焦化反应器，常温冷却即得钛渣冶炼用铁焦(性能结构见表4)。
[0048]
表4钛渣冶炼用铁焦的性能结构指标
[0049][0050][0051]
由表3和表4的对比可以看出，当作为添加剂的微细粒级钛精矿的加入分量稍有变化，即将对最终获得的铁焦的整体性能产生明显的影响。通过调整微细粒级钛精矿的加入分量即可获得适合不同钛精矿的钛渣冶炼用铁焦。
[0052]
经试验证明，通过本发明方法制备的钛渣冶炼用铁焦具有反应性好，有助于提升钛精矿的还原速率，促进钛渣冶炼过程中铁相成核与渣铁分离；同时，添加剂为微细粒级钛精矿，可实现微细粒级钛精矿的高效利用；再者，相比于传统焦化工艺，焦化温度低，焦化时间短，对节能降耗及钛渣冶炼水平的提升大有裨益。
[0053]
在上述各实施中，微细粒度的钛精矿粉一部分可由筛选获得，另外，也可以对废弃的细小钛精矿颗粒及矿粉进行进一步的粉碎加工获得。
[0054]
在本发明的另一个方面，还提出了一种铁焦，该铁焦经由上述各实施例中的一种钛渣冶炼用铁焦的生产方法制备获得。其具有反应性好，有助于提升钛精矿的还原速率，促进钛渣冶炼过程中铁相成核与渣铁分离等优点。
[0055]
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
[0056]
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
[0057]
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0058]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。