專利名稱：微波-熱等離子體生產(chǎn)活性富鈦料及人造金紅石的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化工冶金技術領域，具體地說是微波-熱等離子體法生產(chǎn)活性富鈦料及人造金紅石。
目前世界所產(chǎn)鈦礦(含天然金紅石及鈦鐵礦)總量的90％，用于生產(chǎn)鈦白(非金屬鈦-TiO2)，約3％用于生產(chǎn)金屬鈦，其余7％用于電焊條涂料、碳化鈦、含鈦添加劑等。富鈦料(廣義上包含了天然金紅石、人造金紅石、高鈦渣及鈦鐵精礦經(jīng)處理后的TiO2含量大于鈦鐵精礦的提鈦原料中間產(chǎn)品的統(tǒng)稱)早已作為生產(chǎn)鈦的最終產(chǎn)品(金屬鈦和非金屬鈦)的主要原料(中間產(chǎn)品)來利用了。由于天然金紅石在世界上的儲量和產(chǎn)量都很有限，因此發(fā)展一個國家的鈦產(chǎn)業(yè)，提高鈦資源的綜合利用率，首先必須考慮由鈦鐵礦→富鈦料的生產(chǎn)發(fā)展。
現(xiàn)有的生產(chǎn)富鈦料的方法為傳統(tǒng)加熱法(電弧爐冶煉法，回轉(zhuǎn)窯法，豎爐罐裝間接加熱法)，其生產(chǎn)投資高，效率較低，能耗高，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，且含CaO、MgO、Al2O3、SiO2較高，其付產(chǎn)品含鈦生鐵鑄錠困難，故價格較低，且冶煉爐的“黑煙”污染環(huán)境較嚴重。而目前生產(chǎn)人造金紅石多用酸浸法、銹蝕法、電爐或電弧爐法，其中，酸浸法工藝流程長而復雜，生產(chǎn)周期長，且鈦、鐵的回收率較低，鐵難以有效利用，生產(chǎn)過程對環(huán)境有污染；銹蝕法的生產(chǎn)周期較長，鈦、鐵的回收率也相對較低，生產(chǎn)過程對環(huán)境有污染；電爐或電弧爐法工藝簡單，但投資較大，生鐵難予實現(xiàn)直接鑄錠，降低了其真實價值，且“黑煙”污染嚴重。另外，冶煉爐生產(chǎn)過程不能連續(xù)。
本發(fā)明的目的在于提供一種能有效地克服上述方法的缺點，達到高效、節(jié)能、無污染，并能有效地綜合利用資源的微波-熱等離子體生產(chǎn)活性富鈦料及人造金紅石的方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的1)、以鈦鐵精礦為原料，混入精礦量的0.05～0.1％的硫作為催化劑，進入微波能加熱反應系統(tǒng)，通入還原性氣體或直接配入碳粉作為還原劑，微波能加熱至表觀溫度為560—680℃，即可獲得含量為54～57％TiO2，含F(xiàn)eO為7～0％的活性富鈦料；2)、經(jīng)微波能加熱預還原后產(chǎn)出的活性富鈦料轉(zhuǎn)入熱等離子體爐內(nèi)熔煉，爐內(nèi)熔融液體溫度達2200～2500℃時，可分離得含鈦鐵合金(可直接鑄錠)、富鈦料或高鈦渣；3)、高鈦渣經(jīng)磨細磁選后，在1100℃的條件下進行鍛燒即得人造金紅石。
上述的還原性氣體可是CO、H2、C2H2和液化石油氣。
其原理是鈦鐵礦是一個復合固溶體，其還原過程是一個復雜的物理化學過程。發(fā)生的反應有(以C為還原劑)(1)(2)(3)熱力學計算表明，反應(1)在溫度1200K時即能發(fā)生化學反應，反應(2)和(3)只有溫度大于1300K接近1400K時才有化學反應發(fā)生。在微波埸作用的條件下，由于FeO具有很好的吸波性能，當鈦鐵精礦一經(jīng)送入微波埸后，瞬間即產(chǎn)生很高的溫度(能量)，并被還原為Fe與TiO2解體，所產(chǎn)生中間原料在常溫常壓下就有很好的酸溶性——即活化。
鈦鐵礦中還有部分Fe2O3，在溫度為1000K下即能發(fā)生如下反應(4)在微波塌中，F(xiàn)eO和Fe2O3在室溫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瞬間即使自身(微觀)的溫度升得很高而搶先被還原劑還原為零價鐵。由于TiO2在室溫下的微波埸中不吸收微波能而不被還原劑還原。在微波埸中的鐵氧體的還原化學反應，其還原率可隨意控制。
經(jīng)微波能預還原后的鈦鐵精礦，再用熱等離子體熔融分離Fe和TiO2，可獲得按用戶要求的含TiO2＜95％的各種品級的富鈦料。這樣由于等離子體熔煉的獨特優(yōu)點，不但使原料中的鐵呈含鈦鐵合金形態(tài)回收，效益高，提高資源的綜合利用率，而且降低了綜合能耗，徹底解決了環(huán)境污染問題。
本發(fā)明的方法具有以下特點利用微波能和等離子體加熱的獨特優(yōu)點。微波能加熱使鈦鐵精礦中的鐵氧體脫氧，富集TiO2，并具有活性，產(chǎn)品質(zhì)量高；所產(chǎn)活性富鈦料轉(zhuǎn)入等離子體爐熔煉后，生產(chǎn)效率特別高，同等生產(chǎn)規(guī)模的設備較小，故占地面積小，節(jié)省一次性基建投資；工藝流程簡單，生產(chǎn)周期相對較短；能耗和生產(chǎn)成本大為下降；生產(chǎn)過程中無廢物產(chǎn)生，無環(huán)境污染。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖以下用實施例對本發(fā)明作進一步的詳述。
實施例生產(chǎn)活性富鈦料(含TiO2為54～57％，F(xiàn)eO為7～0％)，用C2H2氣體為還原劑，工藝流程如圖1所示1)以含TiO2％＞49％TiO2，TFe為36％Fe(其中呈Fe2O3形態(tài)存在的鐵氧體占鈦鐵精礦量的13％，其余的鐵呈FeO形態(tài)存在)的鈦鐵精礦為原料，每噸加入粒度＜0.074mm的硫磺0.7千克，置入普通混料機中混勻，按鈦鐵精礦每分鐘20.8公斤，C2H2每分鐘29.5立升的流量(標準狀況下)送入已定型的微波源輸功率為40KVA的“工業(yè)實用型微波能加熱反應系統(tǒng)”(專利申請?zhí)?2102876.8)，在溫度為600℃的條件下進行還原，即可產(chǎn)出活性富鈦料。也可直接配入碳粉作還原劑，此時所出的產(chǎn)品需經(jīng)風選脫碳。若需生產(chǎn)不同的TiO2百分含量的富鈦料，只需控制鈦鐵精礦中鐵氧體的還原率即可。在操作上對同一臺微波能加熱反應系統(tǒng)而言，只需調(diào)整單位時間的產(chǎn)量(產(chǎn)率)即能達到。若要增大產(chǎn)量，則只需增加微波能加熱反應系統(tǒng)的臺數(shù)。為避免還原反應中產(chǎn)生的少量(低于0.5％SO2)二氧化硫氣體污染環(huán)境，把排出的尾氣通入石灰水池中。(入爐原料中也不配入硫磺時，還原速度較慢)2)、熱等離子體爐生產(chǎn)富鈦料或高鈦渣將經(jīng)微波能加熱反應系統(tǒng)按用戶對產(chǎn)品使用的不同要求，對鐵氧體預還原控制其還原率所產(chǎn)出的具有活性的富鈦料轉(zhuǎn)入熱等離子體爐，在液態(tài)溫度為2300℃下溶融分離Fe和TiO2，并從不同的放出口放出，含鈦鐵合金放出直接鑄錠出售，富鈦料(此時不具有“活性”)或高鈦渣(在微波能加熱反應系統(tǒng)中鐵氧體已全部被還原為Fe°的活性富鈦料加入等離子爐的產(chǎn)物)從另一放出口放出進行水淬。
3)生產(chǎn)人造金紅石由等離子體爐產(chǎn)出的高鈦渣經(jīng)磨細至粒度＜0.074mm，磁選分離出因機械夾雜混入鈦渣中的鐵后，轉(zhuǎn)入普通電加熱法的爐中，在1100℃溫度下鍛燒，將低價鈦全部轉(zhuǎn)化為TiO2(金紅石型)，即得最終產(chǎn)品—人造金紅石。
權利要求
1.微波-等離子體生產(chǎn)活性富鈦料及人造金紅石的方法，其特征在于1)、以鈦鐵精礦為原料，混入精礦量的0.05～0.1％的硫磺作為催化劑，進入微波能加熱反應系統(tǒng)，通入還原性氣體或直接配入碳粉作為還原劑，微波能加熱至表觀溫度為560—680℃，即可獲得含量為54～57％TiO2，含F(xiàn)eO為7～0％的活性富鈦料；2)、經(jīng)微波能加熱預還原后產(chǎn)出的活性富鈦料轉(zhuǎn)入熱等離子體爐內(nèi)熔煉，爐內(nèi)熔融液體溫度達2200～2500℃時，可分離得含鈦鐵合金、富鈦料或高鈦渣；3)、高鈦渣經(jīng)磨細磁選后，在大于1100℃的條件下進行鍛燒即得人造金紅石。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于還原性氣體可是COH2、C2H2和液化石油氣。
全文摘要
本發(fā)明是微波-熱等離子體生產(chǎn)活性富鈦料及人造金紅石的方法，其特征在于以鈦鐵精礦為原料，混入催化劑，進入微波能加熱反應系統(tǒng)，通入還原性氣體或直接配入碳粉作為還原劑，微波能加熱后即可獲得活性富鈦料；活性富鈦料轉(zhuǎn)入熱等離子體爐內(nèi)熔煉，可分離得含鈦鐵合金、富鈦料或高鈦渣；經(jīng)磁選后，煅燒即得人造金紅石。本發(fā)明產(chǎn)品質(zhì)量高，節(jié)省一次性基建投資；工藝流程簡單，生產(chǎn)周期相對較短；能耗和生產(chǎn)成本大為下降；生產(chǎn)無環(huán)境污染。
文檔編號C01G23/047GK1128732SQ9510172
公開日1996年8月14日 申請日期1995年2月9日 優(yōu)先權日1995年2月9日
發(fā)明者徐有生 申請人:徐有生