降低熔渣中氮化钛和/或碳化钛含量的方法与流程

2021-01-30 17:01:33|

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本发明涉及钒钛磁铁矿炉渣
技术领域：
，具体而言，涉及一种降低熔渣中氮化钛和/或碳化钛含量的方法。
背景技术：
：钒钛磁铁矿在世界上分布广泛，其中，我国的钒钛磁铁矿主要分布于四川攀西地区和河北承德地区。随着钒钛功能材料应用领域的不断拓展，钒钛磁铁矿的综合利用受到各国越来越多的重视，目前，国内外对钒钛磁铁矿的综合利用主要根据钒钛磁铁矿的资源特点选择不同的冶炼和分离提取工艺来实现。目前，钒钛磁铁矿的冶炼工艺有高炉流程、预还原-电炉法、还原-磨选法等，其中，较为成熟的工艺流程是高炉流程，但该工艺的局限性在于其仅能回收铁和部分钒，其他的冶炼工艺均不同程度的存在生成碳化钛、氮化钛两种高熔点物质的情况。碳化钛和氮化钛形成后，如对其量控制不好，易造成严重泡沫渣等生产事故。因此抑制这两种物质的生成或降低其在渣中的含量至关重要。关于高炉中碳化钛和氮化钛的形成机理和调控方式，在重庆大学邓青宇的博士研究论文中提出通过调整体系压力和富氧手段、调控渣型等方法来抑制碳/氮化钛的形成；在专利申请公开号为cn108998609a的中国专利申请中提出通过将预热和预还原后的钒钛磁铁矿通过矿枪直接喷吹进入hismelt炉中以控制渣中feo百分比含量在3～15％，从而遏制tio2的过还原来降低炉渣中碳化钛和氮化钛的含量的方法。目前，高炉工艺处理钒钛磁铁矿需要配入大量的普通铁矿石调整渣型降低tio2含量，但现有留存部分feo的方法会降低铁的回收率及渣中钛品位，从而导致铁资源的浪费，进而增加了成本。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种降低熔渣中氮化钛和/或碳化钛含量的方法，以解决现有技术中存在的降低炉渣中碳化钛和/或氮化钛含量的成本高以及铁回收率低的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种降低熔渣中氮化钛和/或碳化钛含量的方法，该熔渣为钒钛磁铁矿熔炼过程中产生的熔渣，该方法包括：在钒钛磁铁矿熔炼过程中，采用包含水和/或二氧化碳的原料对熔渣进行氧化处理，得到反应后熔体。进一步地，上述水和/或二氧化碳的摩尔与熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为2:1～6:1。进一步地，上述水和/或二氧化碳的摩尔与碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为4:1～6:1。进一步地，将上述原料喷入熔渣中实现氧化处理，优选将原料喷入熔渣的中上部。进一步地，采用顶吹或侧吹的方式进行喷入。进一步地，上述原料为冶炼烟气，优选冶炼烟气为钒钛磁铁矿熔炼过程中产生的烟气。进一步地，上述原料为水和/或二氧化碳。进一步地，在上述钒钛磁铁矿熔炼过程中添加造渣剂，优选造渣剂包括石灰石，石灰石在钒钛磁铁矿熔炼时分解为氧化钙和二氧化碳，二氧化碳作为对熔渣进行氧化处理的至少部分二氧化碳。进一步地，上述石灰石为石灰石粉末或石灰石块。进一步地，上述氧化处理过程中产生co和/或h2，将co和/或h2用作钒钛磁铁矿熔炼过程中的燃气或者还原剂。应用本发明的技术方案，本发明利用包含水和/或二氧化碳的原料与钒钛磁铁矿熔炼过程中产生的熔渣中的碳化钛和/或氮化钛进行氧化处理，降低了熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的含量。且本申请的上述降低熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的方法经济环保，与现有技术中的留存部分feo的方法相比，本申请的上述方法在降低了熔渣中的碳化钛和/或氮化钛含量的基础上，避免了铁的浪费，降低了成本，且使铁的综合回收率得以提高。由于上述氧化处理在熔炼过程中进行，因此氧化处理的温度即为熔渣的温度。实际上，熔渣的温度一般在1350～1650℃范围内，且按照下面的式1～式6所示的六个反应的吉布斯自由能大小，可以得出在1350～1650℃的温度下，更有利于碳化钛和/或氮化钛与水和/或二氧化碳的反应，而不利于水和/或二氧化碳与铁的反应，从而可以最大限度降低熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的含量，并尽可能的减少铁的不必要损耗。熔渣的具体温度可能根据在1350～1650℃的温度范围内波动，在此不再赘述。可见，上述氧化处理的过程直接利用熔渣的温度，不需要额外加热，从而降低了能耗，进一步地使该方法简单易于工业化生产。而且，由于本申请是在熔炼过程中对熔渣进行的处理，从而降低了熔渣中碳化钛和/或氮化钛的含量，因此有效缓解了由于熔渣中碳化钛和/或氮化钛的存在会导致熔渣的粘度较大的问题，而且避免了随着熔炼的进行累积的熔渣一方面易于导致熔渣与铁水不易分离的问题、另一方面熔渣易于导致泡沫渣的生产事故的问题。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。如
背景技术：
所分析的，现有技术中存在降低熔渣中碳化钛和/或氮化钛含量的成本高以及铁回收率低的问题，为解决该技术问题，本发明提供了一种降低熔渣中氮化钛和/或碳化钛含量的方法。在本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种降低熔渣中氮化钛和/或碳化钛含量的方法，熔渣为钒钛磁铁矿熔炼过程中产生的熔渣，该方法包括：在钒钛磁铁矿熔炼过程中，采用包含水和/或二氧化碳的原料对熔渣进行氧化处理，得到反应后熔体。本发明利用包含水和/或二氧化碳的原料与钒钛磁铁矿熔炼过程中产生的熔渣中的碳化钛和/或氮化钛进行氧化处理，降低了熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的含量。且本申请的上述降低熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的方法经济环保，与现有技术中的留存部分feo的方法相比，本申请的上述方法在降低了熔渣中的碳化钛和/或氮化钛含量的基础上，避免了铁的浪费，降低了成本，且使铁的综合回收率得以提高。由于上述氧化处理在熔炼过程中进行，因此氧化处理的温度即为熔渣的温度。实际上，熔渣的温度一般在1350～1650℃范围内，且按照下面的式1～式6所示的六个反应的吉布斯自由能大小，可以得出在1350～1650℃的温度下，更有利于碳化钛和/或氮化钛与水和/或二氧化碳的反应，而不利于水和/或二氧化碳与铁的反应，从而可以最大限度降低熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的含量，并尽可能的减少铁的不必要损耗。熔渣的具体温度可能根据在1350～1650℃的温度范围内波动，在此不再赘述。可见，上述氧化处理的过程直接利用熔渣的温度，不需要额外加热，从而降低了能耗，进一步地使该方法简单易于工业化生产。而且，由于本申请是在熔炼过程中对熔渣进行的处理，从而降低了熔渣中碳化钛和/或氮化钛的含量，因此有效缓解了由于熔渣中碳化钛和/或氮化钛的存在会导致熔渣的粘度较大的问题，而且避免了随着熔炼的进行累积的熔渣一方面易于导致熔渣与铁水不易分离的问题、另一方面熔渣易于导致泡沫渣的生产事故的问题。上述包含水和/或二氧化碳的原料中的水或者二氧化碳在熔渣中主要发生以下氧化还原反应(式1～式6)：co2(g)+1/3tic＝4/3co(g)+1/3tio2(式1)co2(g)+1/2tin＝co(g)+1/2tio2+1/4n2(g)(式2)h2o(g)+1/2tin＝h2(g)+1/2tio2+1/4n2(g)(式3)h2o(g)+1/3tic＝h2(g)+1/3tio2+1/3co(g)(式4)h2o(g)+fe＝h2(g)+feo(式5)co2(g)+fe＝co(g)+feo(式6)按照上述式1～式6所示的反应，可知等物质的量的氮化钛需要的水和/或二氧化碳的量多于等物质的量的碳化钛需要的水和/或二氧化碳的量，为尽可能的降低熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的含量，优选上述水和/或二氧化碳的摩尔与熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为2:1～6:1。其中，熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的含量可以根据相关经验值进行确定。不同的冶炼厂、不同的冶炼规模以及不同的冶炼工艺产生的熔渣的碳化钛和/或氮化钛的含量存在差异，本领域技术人员可以依据冶炼中产生的熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的具体含量，并按照水和/或二氧化碳的摩尔与熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为2:1～6:1来确定水和/或二氧化碳的加入量，在此不再赘述。在降低碳化钛和/或氮化钛的含量的基础上，为尽可能的避免水和/或二氧化碳的浪费，优选上述水和/或二氧化碳的摩尔与碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为4:1～6:1。本申请所用的水和二氧化碳的来源有多种，可以采用纯水蒸汽或者压缩二氧化碳，或者其他工艺流程产出的富含水蒸汽和/或二氧化碳的尾气或烟气。在本申请的一种实施例中，将原料喷入熔渣中实现氧化处理，优选将原料喷入熔渣的中上部。通过包含水和/或二氧化碳的原料对熔渣进行氧化处理，一方面有利于促进熔渣的沉降分层，另一方面可以避免形成泡沫渣的风险。其中，优选将原料喷入熔渣的中上部，可以避免原料的搅动力过大，从而导致沉入铁水中的部分铁重新返回熔渣中。为使包含水和/或二氧化碳的原料与熔渣尽可能的混合均匀并分散于熔渣中，从而提高去除碳化钛和/或氮化钛的效率，优选采用顶吹或侧吹的方式进行喷入。在本申请的一种实施例中，上述原料为冶炼烟气，优选冶炼烟气为钒钛磁铁矿熔炼过程中产生的烟气。利用熔炼中产生的烟气作为包含水和/或二氧化碳原料的来源，可以在有效降低熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的同时，将废物(烟气)变废为宝，使整个钒钛磁铁矿熔融冶炼工艺经济环保。为提高与碳化钛和/或氮化钛接触的水和/或二氧化碳的浓度，从而提高氧化处理的效率，优选上述原料为水和/或二氧化碳。在本申请的一种实施例中，在上述钒钛磁铁矿熔炼过程中添加造渣剂，优选造渣剂包括石灰石，石灰石在钒钛磁铁矿熔炼时分解为氧化钙和二氧化碳，二氧化碳作为对熔渣进行氧化处理的至少部分二氧化碳。采用石灰石作为造渣剂时，因石灰石在高温下分解为氧化钙和二氧化碳，其中的氧化钙可作为造渣剂使用，二氧化碳则作为氧化处理过程中的氧化型气体的来源，可见上述方法在利用二氧化碳去除碳化钛和/或氮化钛的同时，将氧化钙参与到造渣中，进而提高了整个钒钛磁铁矿熔炼工艺的经济性。为进一步提高上述石灰石分解产生二氧化碳的效率，优选石灰石为石灰石粉末或石灰石块。本申请进一步优选采用石灰石粉末。在本申请的一种实施例中，上述氧化处理过程中产生co和/或h2，将co和/或h2用作熔炼时的燃气或者还原剂。从而进一步地提高整个钒钛磁铁矿熔炼工艺的经济性。以下将结合具体实施例，对本申请的有益效果进行说明。将钒钛磁铁矿在温度为1580℃的熔池内进行熔炼，得到包含熔渣和铁水的熔融金属溶液，此过程中产生的冶炼烟气经过二次燃烧后二氧化碳的质量含量为30％，水的质量含量为5％。熔渣中碳化钛的质量含量为0.80％、氮化钛的质量含量为0.26％。实施例1针对该熔渣，采用以下氧化工艺进行处理：采用顶吹的方式将该钒钛磁铁矿的冶炼烟气喷入上述熔渣中进行氧化处理得到反应后熔体和co和h2，其中，冶炼烟气中的水和/或二氧化碳的摩尔与熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为2:1。产生的co和h2可作为熔池熔炼过程中的还原剂或者燃料，上述方法避免了泡沫渣的形成，使熔炼过程顺利进行。实施例2实施例2与实施例1的区别在于，冶炼烟气中的水和/或二氧化碳的摩尔与熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为3:1，最终得到反应后熔体和co和h2，避免了泡沫渣的形成，使熔炼过程顺利进行。实施例3实施例3与实施例1的区别在于，冶炼烟气中的水和/或二氧化碳的摩尔与熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为4:1，最终得到反应后熔体和co和h2，避免了泡沫渣的形成，使熔炼过程顺利进行。实施例4实施例4与实施例1的区别在于，冶炼烟气中的水和/或二氧化碳的摩尔与熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为6:1，最终得到反应后熔体和co和h2，避免了泡沫渣的形成，使熔炼过程顺利进行。实施例5实施例5与实施例1的区别在于，冶炼烟气中的水和/或二氧化碳的摩尔与熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的摩尔之间的比例为1:1，最终得到反应后熔体和co和h2，避免了泡沫渣的形成，使熔炼过程顺利进行。实施例6实施例6与实施例1的区别在于，采用35200g的石灰石粉末代替冶炼烟气喷入熔渣中，最终得到反应后熔体和co，避免了泡沫渣的形成，使熔炼过程顺利进行。实施例7实施例7与实施例1的区别在于，采用水和/或二氧化碳代替烟气中的水和/或二氧化碳，最终得到反应后熔体和co和h2，避免了泡沫渣的形成，使熔炼过程顺利进行。实施例8实施例8与实施例1的区别在于，采用侧吹的方式将冶炼烟气喷入上述熔渣中进行反应，最终得到反应后熔体和co和h2，避免了泡沫渣的形成，使熔炼过程顺利进行。采用化学分析法测试上述实施例1至8中的反应后熔体中的碳化钛和氮化钛各自的含量，并将其结果列于表1。表1实施例碳化钛(％)氮化钛(％)实施例10.100.05实施例20.080.03实施例30.050.02实施例40.030.002实施例50.180.1实施例60.100.05实施例70.060.02实施例80.110.04从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明利用包含水和/或二氧化碳的原料与钒钛磁铁矿熔炼过程中产生的熔渣中的碳化钛和/或氮化钛进行氧化处理，降低了熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的含量。且本申请的上述降低熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的方法经济环保，与现有技术中的留存部分feo的方法相比，本申请的上述方法在降低了熔渣中的碳化钛和/或氮化钛含量的基础上，避免了铁的浪费，降低了成本，且使铁的综合回收率得以提高。由于上述氧化处理在熔炼过程中进行，因此氧化处理的温度即为熔渣的温度。实际上，熔渣的温度一般在1350～1650℃范围内，且按照下面的式1～式6所示的六个反应的吉布斯自由能大小，可以得出在1350～1650℃的温度下，更有利于碳化钛和/或氮化钛与水和/或二氧化碳的反应，而不利于水和/或二氧化碳与铁的反应，从而可以最大限度降低熔渣中的碳化钛和/或氮化钛的含量，并尽可能的减少铁的不必要损耗。熔渣的具体温度可能根据在1350～1650℃的温度范围内波动，在此不再赘述。可见，上述氧化处理的过程直接利用熔渣的温度，不需要额外加热，从而降低了能耗，进一步地使该方法简单易于工业化生产。而且，由于本申请是在熔炼过程中对熔渣进行的处理，从而降低了熔渣中碳化钛和/或氮化钛的含量，因此有效缓解了由于熔渣中碳化钛和/或氮化钛的存在会导致熔渣的粘度较大的问题，而且避免了随着熔炼的进行累积的熔渣一方面易于导致熔渣与铁水不易分离的问题、另一方面熔渣易于导致泡沫渣的生产事故的问题。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3

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