專利名稱：利用高鈦型高爐渣制備鈦鋁合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦物冶金工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用高鈦型高爐渣制備鈦鋁合 金的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)攀西地區(qū)蘊(yùn)藏著極其豐富的釩鈦磁鐵礦，其中含有鈦、鐵、釩、鉻等10多種重 要戰(zhàn)略資源。由于釩鈦磁鐵礦的獨(dú)特性，現(xiàn)有技術(shù)和生產(chǎn)工藝只能回收利用其中的鐵、釩、 鈦資源，而鈦資源的利用率只有近15%，原礦中大約50%的鈦進(jìn)入了鐵精礦，在隨后的高爐 冶煉過(guò)程中流入高爐渣中，形成了攀枝花特有的高鈦型高爐渣。這種高鈦型高爐渣由于含 有15 25%的TiO2，給爐渣的磨礦帶來(lái)困難，不適合于生產(chǎn)水泥。因此，大量的高鈦型高爐渣 堆積在金沙江邊，不僅浪費(fèi)了寶貴的鈦資源，也給周邊的環(huán)境造成了危害。針對(duì)這一問(wèn)題， 國(guó)內(nèi)已經(jīng)做了大量的研究工作，提出了一些處理高鈦型高爐渣的方法，目前為止，尚沒有出 現(xiàn)一種工業(yè)化的高鈦型高爐渣處理方法，主要原因在于，高鈦型高爐渣中還含有硅、鈣、釩、 鋁、硫等多種元素，鈦的提取很困難，現(xiàn)有的處理方法加工成本過(guò)高且產(chǎn)品的附加值較低， 使得這些處理方法不能得到有效的工業(yè)應(yīng)用。例如，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間保溫使鈣鈦礦富集，然后再 通過(guò)選礦的辦法得到富含鈣鈦礦的物料，這種方法不僅成本高、而且工藝流程長(zhǎng)，鈦的回收 率也有限。因此，亟需開發(fā)一種流程短、成本低、產(chǎn)品附加值高并且回收率高的高鈦型高爐 渣處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用高鈦型高爐渣 制備鈦鋁合金的方法，將高鈦型高爐渣中的鈦資源回收利用，并且該方法操作簡(jiǎn)單、成本較 低，解決高鈦型高爐渣中鈦資源回收的工業(yè)化應(yīng)用問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段利用高鈦型高爐渣制備鈦鋁合金 的方法，包括以下步驟
1)制備鈦硅鋁合金用鋁制自耗電極與高鈦型高爐渣進(jìn)行電渣重熔加工，鋁制自 耗電極和高鈦型高爐渣的重量比為55 70 :100，并控制電流大小使電渣重熔加工溫度在 1450°C 1600°C，收集加工所得的熔融的鈦硅鋁合金。鋁制自耗電極和高鈦型高爐渣的重量比為55 70 :100，可保證高鈦型高爐渣中的 鈦盡可能全部被還原并生成Al3Ti,同時(shí)不會(huì)剩余大量的單質(zhì)鋁?？刂齐娫厝奂庸囟仍?1450°C 1600°C，鋁制自耗電極在高溫下熔化，熔融狀態(tài)的鋁液接觸高溫的高鈦型高爐渣并 與之反應(yīng)，將高爐渣中的Ti02、SiO2等氧化物還原，同時(shí)1450°C 1600°C的高溫還使得還原產(chǎn)物熔化，并與鋁液形成高溫熔融的鈦硅鋁合金，其主要成分為鈦、硅、鋁元素；剩余的固體 殘?jiān)饕煞譃槿趸X和氧化鈣。該過(guò)程中發(fā)生的還原反應(yīng)主要有 TiO2 (s)+Al(I) — [Ti]+ (Al2O3)； SiO2 (s)+Al(I) — [Si]+ (Al2O3)； FeO(s)+Al(I) — [Fe]+ (Al2O3)； V2O5(s)+Al(I) — [V]+ (Al2O3) ο2)冷凝成形將收集的熔融鈦硅鋁合金冷凝為柱狀的鈦硅鋁合金棒。柱狀的鈦硅鋁合金棒便于在后續(xù)步驟中進(jìn)行區(qū)域熔煉加工。鈦硅鋁合金棒的橫截 面形狀可根據(jù)實(shí)際冷凝加工需要確定。3)制備鈦鋁合金對(duì)所述鈦硅鋁合金棒進(jìn)行區(qū)域熔煉加工，分離出鈦鋁合金；具 體方法為①控制區(qū)域熔煉爐的加熱裝置的加熱溫度為1450°C 1500°C，并以0.廣2m/h的 速度從所述鈦硅鋁合金棒的首端移動(dòng)加熱至末端；②重復(fù)前一步驟5 20次，讓鈦硅鋁合金 棒中除Al3Ti和Al以外的雜質(zhì)逐漸聚集于末端；③切除所得鈦硅鋁合金棒末端雜質(zhì)聚集的 部分，得到鈦鋁合金。該步驟中所述的鈦硅鋁合金棒的“首端”，是指區(qū)域熔煉加工過(guò)程中，加熱裝置第 一次對(duì)鈦硅鋁合金棒移動(dòng)加熱的起始端；相應(yīng)的，另一端即為鈦硅鋁合金棒的“末端”，也是 加熱裝置第一次對(duì)鈦硅鋁合金棒加熱的結(jié)束端。此后每次重復(fù)步驟①，均按加熱裝置第一 次移動(dòng)加熱的方向進(jìn)行。在移動(dòng)加熱過(guò)程中，1450°C 1500°C的加熱溫度使得鈦硅鋁合金 棒的加熱區(qū)域熔化為液態(tài)；由于Al3Ti和單質(zhì)Al的熔點(diǎn)相對(duì)于硅鋁合金棒中其他成分較 高，在加熱區(qū)域的周邊因冷卻首先析出固相；而其他成分應(yīng)熔點(diǎn)較低較難于凝固，更多的熔 融于液相中；從而析出的固相中Al3Ti和單質(zhì)Al的含量遠(yuǎn)高于液相。加熱裝置以0.廣2m/ h的速度緩慢移動(dòng)，加熱區(qū)域處于熔融狀態(tài)的液相合金隨之移動(dòng)，從而Al3Ti和單質(zhì)Al以外 的其他成分也隨熔融狀態(tài)的液相移動(dòng)；經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的移動(dòng)加熱過(guò)程，其他成分最終富集 于硅鋁合金棒的末端，切除所得鈦硅鋁合金棒末端雜質(zhì)聚集的部分，切除的雜質(zhì)部分主要 成分為硅鋁合金，剩余部分即為Al3Ti和Al含量高、雜質(zhì)少的鈦鋁合金。鈦鋁合金在加工、 制造業(yè)的應(yīng)用廣泛，具有良好的附加產(chǎn)值收益，并且電渣重熔加工和區(qū)域熔煉加工的設(shè)備、 工藝成本都較為低廉，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)從高鈦型高爐渣回收鈦資源投入成本高、收益 少的矛盾。進(jìn)一步，所述鋁制自耗電極和高鈦型高爐渣的重量比優(yōu)選為60 :100。進(jìn)一步，所述鈦硅鋁合金棒為圓柱狀；圓柱狀的鈦硅鋁合金棒的橫截面直徑優(yōu)選 為10mm。鈦硅鋁合金棒冷凝為圓柱狀，有利于區(qū)域熔煉過(guò)程中受熱均勻。同時(shí)，鈦硅鋁合金 棒的橫截面積大小對(duì)區(qū)域熔煉的加工效率也有一定影響，較小的的橫截面積有助于區(qū)域熔 煉的熔融和凝固，但區(qū)域熔煉時(shí)間會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)；因此，若將鈦硅鋁合金棒冷凝為圓柱狀，其 橫截面直徑設(shè)為IOmm較為適宜。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
A、將高鈦型高爐渣中的鈦元素回收利用，不僅解決了高鈦型高爐渣堆放引起的環(huán)境污 染問(wèn)題，還防止寶貴的鈦資源流失，且鈦元素回收率高。B、本發(fā)明方法主要涉及電渣重熔加工工藝和區(qū)域熔煉加工工藝，操作簡(jiǎn)單、易于 控制，并且設(shè)備、工藝成本低，適于工業(yè)化加工生產(chǎn)。
C、所得鈦鋁合金的純度高、雜種含量少，應(yīng)用領(lǐng)域廣，保證了良好的附加產(chǎn)值收
權(quán)利要求
1.利用高鈦型高爐渣制備鈦鋁合金的方法，其特征在于包括以下步驟1)制備鈦硅鋁合金用鋁制自耗電極與高鈦型高爐渣進(jìn)行電渣重熔加工，鋁制自 耗電極和高鈦型高爐渣的重量比為55 70 :100，并控制電流大小使電渣重熔加工溫度在 1450°C 1600°C，收集加工所得的熔融的鈦硅鋁合金；2)冷凝成形將收集的熔融鈦硅鋁合金冷凝為柱狀的鈦硅鋁合金棒；3)制備鈦鋁合金對(duì)所述鈦硅鋁合金棒進(jìn)行區(qū)域熔煉加工，分離出鈦鋁合金；具體方 法為①控制區(qū)域熔煉爐的加熱裝置的加熱溫度為1450°C 1500°C，并以0.廣2m/h的速度 從所述鈦硅鋁合金棒的首端移動(dòng)加熱至末端；②重復(fù)前一步驟5 20次，讓鈦硅鋁合金棒中 除Al3Ti和Al以外的雜質(zhì)逐漸聚集于末端；③切除所得鈦硅鋁合金棒末端雜質(zhì)聚集的部 分，得到鈦鋁合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高鈦型高爐渣制備鈦鋁合金的方法，其特征在于，所述 鋁制自耗電極和高鈦型高爐渣的重量比優(yōu)選為60 :100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高鈦型高爐渣制備鈦鋁合金的方法，其特征在于，所述 鈦硅鋁合金棒為圓柱狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用高鈦型高爐渣制備鈦鋁合金的方法，其特征在于，所述 圓柱狀的鈦硅鋁合金棒的橫截面直徑為10mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用高鈦型高爐渣制備鈦鋁合金的方法，該方法首先通過(guò)電渣重熔步驟，以鋁作為自耗電極還原高鈦型高爐渣中的鈦、硅等元素的氧化物，制得鈦硅鋁合金再將鈦硅鋁合金制棒，進(jìn)行區(qū)域熔煉，將硅元素等雜質(zhì)區(qū)分切除，最后得到鈦鋁合金。本發(fā)明方法不僅解決了高鈦型高爐渣堆放引起的環(huán)境污染問(wèn)題，還防止寶貴的鈦資源流失，具有鈦元素回收率高，設(shè)備、工藝成本低，附加產(chǎn)值收益高的優(yōu)點(diǎn)，適于工業(yè)化加工生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22B7/04GK102061399SQ20101056123
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者呂學(xué)偉, 白晨光, 胡途, 鄧青宇, 邱貴寶, 黃潤(rùn) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)