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钛精矿预还原制备金属化球团

  • 分类:应用知识
  • 作者:凯正环保工艺设备有限公司
  • 来源:凯正环保工艺设备有限公司
  • 发布时间:2020-12-10
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【概要描述】钛渣是以钛精矿、还原剂为原料在电炉内熔炼富集得到的钛产品,按用途可分为酸溶性钛渣和氯化渣两种,酸溶性钛渣的TiO2含量在70-80%,氯化渣TiO2含量一般在85%以上。随着钛渣应用技术的日益成熟,钛渣在硫酸法钛白、氯化法钛白和海绵钛生产中使用比例越来越高,成为了钛工业发展的重要基础原料。

钛精矿预还原制备金属化球团

【概要描述】钛渣是以钛精矿、还原剂为原料在电炉内熔炼富集得到的钛产品,按用途可分为酸溶性钛渣和氯化渣两种,酸溶性钛渣的TiO2含量在70-80%,氯化渣TiO2含量一般在85%以上。随着钛渣应用技术的日益成熟,钛渣在硫酸法钛白、氯化法钛白和海绵钛生产中使用比例越来越高,成为了钛工业发展的重要基础原料。

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钛精矿预还原制备金属化球团

 

    钛渣是以钛精矿、还原剂为原料在电炉内熔炼富集得到的钛产品,按用途可分为酸溶性钛渣和氯化渣两种,酸溶性钛渣的TiO2含量在70-80%,氯化渣TiO2含量一般在85%以上。随着钛渣应用技术的日益成熟,钛渣在硫酸法钛白、氯化法钛白和海绵钛生产中使用比例越来越高,成为了钛工业发展的重要基础原料。

    研究认为,将钛精矿先在电炉以外的设备上预还原制备金属化球团,然后再进行电炉熔分与钛渣冶炼,这种方式具有炉况稳定、电炉冶炼时间短、冶炼电耗低等优点,是提高钛渣电炉生产能力,提升钛渣冶炼技术经济水平的有效方式。

 

                               

                          图1:钛精矿的XRD.                                                                      图2:反应1和2的标准吉布斯自由能                                            图3:温度与时间对金属化率的影响

  1. 实验原理

        钛精矿中矿相组成相对复杂,为了能够更好地指导钛渣的冶炼,首先对铁精矿做了XRD分析,如图1所示。从图中我们可以看出,钛精矿主要物相为钛铁矿和少量的磁铁矿、橄榄石和镁钛矿等。

      在钛精矿预还原和冶炼钛渣过程中发生的主要反应包含:

  1. FeTiO3+C=TiO2+Fe+CO(g)
  2. FeTiO3+1.5C=0.5Ti2O3+Fe+1.5CO(g)

      如图2所示,当温度高于700℃时,反应1和2都可以自发进行,并且两个反应在1200℃时达到反应平衡。在同等条件下,当温度低于1200℃时,反应2优先发生,当温度高于1200℃时,反应1优先发生。考虑到预还原和钛渣冶炼的温度条件,两者均可发生,并且以反应1为主。

  1. 实验部分

      2.1 实验方法

      球团制备与干燥:钛精矿、还原剂、粘结剂和水按比例混合压制成球团,采用无烟煤作为还原剂,选用有机粘结剂,加水比例在2%-5%,湿球团在250℃下干燥40分钟获得干燥球团。

干燥球团的还原:以竖式电阻炉作为加热以及还原设备,干燥球团放入石墨坩埚中,按照设定温度和时间,碳热还原,实验过程中通入氮气作为保护气。还原结束后,快速取出试样,按照不同冷却方式冷却至室温,冷却过程中氮气起到保护作用。

     化验与测试:取样分析金属化球团的TFe、MFe等指标,根据含量计算金属化率,公式为: R=MFe/TFex100%, R为金属化率,MFe为样品中金属铁含量,TFe为样品全铁含量。

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      2.2 工业试验

      钛精矿、还原剂、粘结剂按照一定比例混合均匀,进入高压压球机制备内配碳球团。湿球团进入带式干燥机干燥,热量由转底炉燃烧废气供热、干燥后的球团经筛分后运往转底炉工序生产金属化球团。筛下小于5mm的物料返回压球工序。

  1. 结果讨论

      3.1 配碳系数对金属化率的影响

      在还原温度为1360℃、还原时间60分钟条件下,无烟煤为还原剂,配碳系数在11%-21%,开展内配碳球团热还原实验,配碳系数对金属化率的影响如图所示。配碳系数在11%-21%时,金属化率可以达到80%以上,配碳系数在11%-17%,金属化率随配碳系数增大而增加。当配碳系数超过17%时,金属化率呈下降趋势。分析其中原因可能是配碳比过高不利于生成金属铁积聚长大,细小的铁晶活性高,出炉时被氧化。

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      3.2 还原温度和时间对金属化率的影响

      无烟煤作为还原剂,配碳系数17%,制备内配碳球团,在1270-1420℃的温度范围内进行内配碳球团碳热还原实验,还原温度和还原时间对金属化率的影响如图3所示。

      内配碳球团金属化率随还原温度的升高和还原时间的延长而增加。还原温度在1360-1390℃时,还原时间大于20分钟球团金属化率可以达到80%以上,继续提高还原温度和延长还原时间,球团金属化率增加缓慢。在还原温度1420℃,还原时间为60分钟时,金属化率也仅能达到90%左右。根据热了学计算可知,当温度大于1080℃时,TiO2就开始被还原生成低价钛的氧化物,当还原温度超过1390℃时,Ti3O5Ti2O3等低价钛大量生成,与未被还原的FeO生成固溶体,使铁氧化物的还原反应变得越来越困难,球团金属化率增加缓慢。

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      3.3 冷却方式对金属化率的影响

      内配碳球团碳热还原得到的金属化球团,温度和孔隙率都较高,内部金属铁具有很高的反应活性,在高温下金属铁遇到氧气、水蒸气会发生氧化反应,在出炉后的冷却过程中容易被再氧化,使金属化率降低。需要采取必要的防再氧化措施,来保证整个工艺的生产效率和生产成本。固定实验条件为还原温度1390℃,还原时间为30分钟,选用无烟煤作为还原剂,碳热还原反应结束后还原产物分别采用自然冷却,密封冷却和强制冷却三种冷却方式来检验其对金属化率的影响。

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发布时间:2019-11-22 00:00:00

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