[发明专利]一种含钛高炉渣硅热法提钛工艺方法

说明书

本发明公开了一种含钛高炉渣提钛的方法，属于冶金化工技术领域。自20世纪60年代起，我国对含钛高炉渣的综合利用做了大量的研究工作，但均因经济效益差、工艺复杂、能耗较大、污染严重等问题，以至于其难以推广。本发明采用Si粉作为还原剂对含钛高炉渣进行还原。首先将Si粉和含钛高炉渣按一定质量比配料，均匀混合，焙烧，得到钛硅金属间化合物Ti₅Si₃(或其他的硅钛化合物如TiSi₂等)和玻璃渣。本发明直接采用Si粉资源化利用含钛高炉渣，成本低，操作简单，反应易于控制，有利于解决资源化利用含钛高炉渣工艺复杂、能耗较大、污染严重的问题。

技术领域

本发明属于冶金化工技术领域，公开了一种含钛高炉渣提钛工艺，尤其涉及了一种用Si粉作为原料提钛的方法。

背景技术

Ti₅Si₃是一种无毒的超合金材料基质，具有非常理想的特性，它不但具有高熔点(2403K)、低密度(4.32g/cm3)、低电阻率(50～120μΩ)、高硬度(968±30HV)等特性，而且高温强度大、抗高温氧化性能好，是一种在1300℃以上的有巨大应用潜力的高温结构材料，可广泛应用于微电子、航空耐高温材料和镀膜材料等领域。

我国钛资源丰富，居世界首位。在攀枝花—西昌地区，蕴藏着极为丰富的钒钛磁铁矿，储量达100亿t。钒钛磁铁矿经选矿后得到钒钛磁铁精矿，冶炼钒钛磁铁精矿获得含钒铁水和含钛高炉渣，渣中TiO₂含量达23％～25％。攀钢每年排放200～300万t含钛高炉渣，除少数被应用于建筑材料外，大部分都废弃堆放，至今已累计排放5000多万t。大量的炉渣堆积如山，不仅占用了土地，污染了环境，而且造成了钛资源浪费。自20世纪60年代起，我国对含钛高炉渣的综合利用问题做了大量的研究工作。主要分为直接和间接两种利用方式。就直接利用方式而言，含钛高炉渣可以生产混凝土、矿渣砖、新型矿棉、烧结型微晶玻璃等，但其处理量有限，并且造成了钛资源的严重浪费。间接利用包括浮选法结合磁选法、湿法冶金、熔融还原法、高温碳化低温选择性氯化等，因为这些路径工艺成本高，钛的回收率较低而没有被有效使用和推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用Si粉和含钛高炉渣作为原料的制备金属间化合物Ti₅Si₃的方法，所要解决的是含钛高炉渣无法有效利用的问题。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种含钛高炉渣硅热法提钛工艺方法，其特征在于以Si粉和含钛高炉渣(质量百分比为：CaO27.25％-28.06％，SiO₂23.64％-25.26％，TiO₂20.27％-24.45％，Al₂O₃11.39％-14.93％，MgO7.58％-8.02％)作为粉体原料，原料Si粉与含钛高炉渣混合均匀在炉中焙烧，冷却后得到金属间化合物Ti₅Si₃产物和玻璃渣；含钛高炉所述焙烧工艺为，1300～1700℃下保温15min～4小时。

此方法的优选方案为，所述Si粉的纯度大于98％，粒度小于0.1mm。

此方法的优选方案为，包括以下的制备步骤：

(1)将Si粉和攀枝花含钛高炉渣按质量比1:7.3配料混合，得混合均匀的粉体原料；

(2)在惰性气体的保护下，将(1)中获得的粉体原料在高温炉中焙烧，在1300～1700℃下保温15min～4小时；

(3)保温结束，冷却，得到Ti₅Si₃产物和玻璃渣。

此方法的优选方案为，步骤(2)中所述的焙烧工艺为，在1400～1600℃下保温1～4小时。