一种强化含钛高炉渣还原碳化的方法与流程

1.本发明涉及含钛高炉渣处理技术领域，尤其涉及一种强化含钛高炉渣还原碳化的方法。


背景技术：

2.攀枝花地区钛资源丰富，其储量占全国的90％以上，但总体利用率低，以原矿中钛含量为基准，目前的冶炼工艺钛元素回收率仅为25％，高炉冶炼后剩余含钛高炉渣中tio2含量在20％以上，自钒钛磁铁矿高炉炼铁实现工业化生产以来，已累计产生5000多万吨含钛高炉渣，并且仍以每年近400万吨的速度增加，每年损失tio2达100多万吨，造成巨大的资源浪费。对于含钛型高炉渣中钛资源的回收利用已进行过大量研究和尝试，大部分都因为能耗高、无法放大、二次污染等原因未能实现工业化。目前来看，在已经提出的含钛高炉渣提钛方法中，高温碳化-低温氯化制备ticl4工艺具有最明显的发展前景。
3.还原碳化是温碳化-低温氯化工艺的重要工序之一，在进一步工业放大后，将采用密闭电炉代替半密闭电炉，因此冶炼过程中必须严格控制泡沫渣高度以避免溢渣现象，同时冶炼周期越长则石墨电极消耗越大，因此必须强化冶炼反应动力学以缩短冶炼周期，降低成本。专利cn201810785034.4采用两步还原碳化方法，将还原与碳化过程分开进行，缩短还原周期，降低电耗和泡沫化程度，但对现有工艺的改动较大，操作难度增加。
4.基于此，现有技术仍然有待改进。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种强化含钛高炉渣还原碳化的方法，以解决现有技术的溢渣及冶炼周期长的技术问题。
6.本发明实施例所公开的一种强化含钛高炉渣还原碳化的方法，包括：
7.(1)将熔融含钛高炉渣与调渣剂一起加入电炉中；
8.(2)将电炉升温至预定温度后加入还原剂进行反应，反应结束后水淬得碳化渣。
9.进一步地，所述调渣剂为氟化物。
10.进一步地，所述氟化物为氟化钙。
11.进一步地，所述氟化物与所述熔融含钛高炉渣在电炉导入口处同时且等比例加入。
12.进一步地，所述熔融含钛高炉渣中，二氧化钛质量含量为15％-30％。
13.进一步地，以氟加量计，所述氟化物加入量为高炉渣质量的1％-10％。
14.进一步地，所述熔融含钛高炉渣与所述还原剂的加入质量比为100：(10-15)。
15.进一步地，所述预定温度为1400-1600℃。
16.进一步地，所述还原剂为碳质还原剂，并且，所述碳质还原剂中的碳含量不小于70％，灰分不超过10％。
17.进一步地，所述反应结束的判断标准为碳化钛转化率达到80％-90％。
18.采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：
19.本发明提供的强化含钛高炉渣还原碳化的方法，通过向含钛高炉渣中加入调渣剂氟化物的方式，在高温熔融的条件下对高炉渣进行改性，降低了渣的粘度和表面张力，从而降低还原碳化反应的粘滞阻力等，增强还原剂和ti的扩散速率，使得还原碳化反应快速进行，强化了反应动力学。此外，还原反应过程中的泡沫化程度本质上是气体产生速度与溢出速度的相对关系的体现，当反应产生的气泡来不及溢出时，便会快速聚集、长大，产生严重的泡沫化现象。因此，降低熔渣的粘度，有利于反应生成的小气泡快速扩散并溢出，且不易聚集成为大气泡，能够极大得降低反应过程的泡沫化程度。
20.调渣剂氟化物的加入，降低了高炉渣表面张力和粘度，改善了熔渣性质，解决了当前含钛高炉渣还原碳化工艺周期长，电耗高，泡沫化严重等问题。工艺简单、方便，容易实现。
附图说明
21.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附图。
22.图1为本发明一实施例所公开的一种强化含钛高炉渣还原碳化的方法的流程图。
具体实施方式
23.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。
24.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。
25.含钛高炉渣还原碳化过程中的泡沫化程度和反应动力学强度与熔渣的基本性质，如表面张力、粘度等密切相关，表面张力和粘度越大，则反应越困难，同时，反应产物tic由于带有表面电荷，其不断地产生也会极大的增加体系的粘度。如图1所示，本发明公开了一种强化含钛高炉渣还原碳化的方法，充分利用氟化物可降低含钛高炉渣表面张力和粘度的特性，强化高炉渣还原碳化过程的动力学，同时加快反应气泡的扩散和溢出速率，减弱反应的气泡化程度，有效避免了溢渣现象，保障工艺正常运转的同时降低反应能耗，其包括如下步骤：
26.(1)将熔融含钛高炉渣与调渣剂一起加入电炉中。
27.(2)将电炉升温至预定温度后加入还原剂进行反应，反应结束后出渣。
28.为了保证高炉渣与调渣剂的充分混合，采用熔融含钛高炉渣为实验对象，其tio2含量为15％～30％，熔渣温度不低于1300℃，较佳的温度为1400-1600℃。
29.熔融态高炉渣直接通过渣沟导入电炉中，为保证其与氟化物的充分混合，在导入口处同时加入调渣剂，加入量一般为高炉渣质量的1～10％，以氟加量计。调渣剂的加入优选为与熔融态高炉渣在同一比例下允许加入，即根据二者的加入比例分别确定加入速率，
以该速率匀速加入，直至二者同时加入完成较佳。调渣剂加入量过少会造成强化反应动力学效果不足、降低泡沫化程度效果不佳的后果，从而达不到缩短工艺周期，降低电耗，减弱泡沫化程度的目的。相反，若调渣剂加入量过大可能影响后续还原反应效果，降低tio2转化率，同时调渣剂加入量越大，则成本越高。
30.加料结束后向电炉进行送点升温，升至预定温度范围后，开始加入还原剂进行反应，加料速度50～100kg/min，还原剂为石墨、无烟煤、焦粉等。还原剂加入量与高炉渣的质量比为(10-15)：100，反应温度控制在1500℃左右，以碳化钛转化率达到80％～90％区间为反应终点，反应结束后出渣，反应时间一般为30～90min。一般还原剂加量越大、反应温度越高，则反应时间越短。
31.实施例1
32.本实施例所采用的熔融含钛高炉渣的tio2含量为27.5％，温度为1300℃；具体操作如下：
33.(1)将20t高炉渣导入容量为50t的电炉中，同时加入820kg氟化钙(加入比例为熔渣量的2％，以氟加量计)，使二者充分混合。
34.(2)添加结束后开始对电炉进行升温，40min后升温至1575℃，然后以100kg/min的速度均匀向熔渣中加入2.4t的无烟煤(加量为熔渣质量的12％，c含量约为90％，灰分为1％，90％粒度在10mm以下)，保持温度反应85min，反应结束后水淬。
35.反应过程中膨胀比范围2.04～2.98，平均膨胀比2.61，无溢渣现象。反应85min，tic转化率86.8％。整个冶炼过程送电周期为149min，耗电量为21870kwh，吨渣耗电量为1093kwh.
36.实施例2
37.本实施例所采用的熔融高含钛高炉渣的tio2含量为26.8％，温度为1334℃；具体操作如下：
38.(1)将20t高炉渣导入容量为50t的电炉中，同时加入3300kg氟化钙(加入比例为熔渣量的8％，以氟加量计)，使二者充分混合。
39.(2)添加结束后开始对电炉进行升温，40min后升温至1545℃，然后以100kg/min的速度均匀向熔渣中加入2.4t的无烟煤(加量为熔渣质量的12％，c含量约为90％，灰分为1％，90％粒度在10mm以下)，保持温度还原74min，反应结束后出渣。
40.反应过程中膨胀比范围1.69～2.78，平均膨胀比1.92，无溢渣现象。反应74min，tic转化率86.5％。整个冶炼过程送电周期为138min，耗电量为20872kw，吨渣耗电量为1043kwh。
41.对比例
42.本实施例所采用的熔融高含钛高炉渣的tio2含量为23％，温度为1300℃；具体操作如下：
43.(1)将15t高炉渣导入容量为50t的电炉中。
44.(2)对电炉进行升温，35min后升温至1520℃，然后以100kg/min的速度均匀向熔渣中加入1.6t的无烟煤(加量为熔渣质量的11％，c含量约为90％，灰分为1％，90％粒度在10mm以下)，保持温度还原100min，反应结束后出渣。
45.反应过程中膨胀比范围2.59～3.98，平均膨胀比3.1，反应100min，过程中出现溢
渣现象，需要提升电极高度、减小送电负荷来减小控制渣高。反应100mim后转化率82.9％。整个冶炼过程送电周期为151min，耗电量为17750kwh，吨渣耗电量为1183kwh。
46.综上所述，本发明实施例所公开的一种强化含钛高炉渣还原碳化的方法，充分利用氟化物可降低含钛高炉渣表面张力和粘度的特性，强化高炉渣还原碳化过程的动力学，同时加快反应气泡的扩散和溢出速率，减弱反应的气泡化程度，有效避免了溢渣现象，保障工艺正常运转的同时降低反应能耗。
47.需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
48.以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，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，在不背离权利要求限定的范围的前提下，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。
49.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，并存在如上所述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，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。