在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制 備鈦鐵合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬鈦是一種重要的戰(zhàn)略資源，在地殼中的含量是十分豐富的，按金屬計(jì)為第七 位。
[0003] 鈦是一種十分活潑的元素，特別是對(duì)氧的親和力非常大；因此，自然界中沒有游離 態(tài)的鈦元素存在，總是與氧結(jié)合在一起以二氧化鈦或鈦酸鹽狀態(tài)存在，且經(jīng)常與鐵共生；目 前，自然界已發(fā)現(xiàn)的110 2含量大于1%的鈦礦物超過140多種，但主要的鈦礦物只有十多種。 在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)水平下，有利用價(jià)值的鈦礦物主要是鈦鐵礦和金紅石。
[0004] 美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2013年公布的資料表明，2012年世界鈦礦儲(chǔ)量約6. 92億噸（以 1102計(jì))，其中鈦鐵礦儲(chǔ)量6. 5億噸（以TiO 2計(jì))，約占鈦資源總量的94% ;金紅石儲(chǔ)量4200 萬噸，約占鈦資源的6%。
[0005] 我國(guó)鈦資源儲(chǔ)量居世界第一位，分布于全國(guó)20多個(gè)省區(qū)的100多個(gè)礦區(qū)；我國(guó)已 探明的鈦資源基礎(chǔ)儲(chǔ)量7. 47億噸（以1102計(jì))，儲(chǔ)量1. 5985億噸（以TiO 2計(jì)）；鈦鐵礦占我 國(guó)鈦資源總儲(chǔ)量的98%，金紅石僅占2% ;在鈦鐵礦儲(chǔ)量中，原生巖礦占絕大部分（占97%)，小 部分為砂礦（只占3%)。
[0006]自然界產(chǎn)出的鈦礦石，經(jīng)選礦、富集后得到天然金紅石精礦和鈦鐵精礦，將鈦精礦 通過電弧熔煉法處理得到高鈦渣，再將金紅石精礦和高鈦渣通過流態(tài)化氯化方法制取粗四 氯化鈦，將四氯化鈦精制后通過鎂熱還原法得到金屬鈦(海綿鈦）；該工藝流程較長(zhǎng)、能耗 高、污染嚴(yán)重，導(dǎo)致金屬鈦的生產(chǎn)成本較高，使得鈦工業(yè)發(fā)展一直緩慢滯后。
[0007] 著眼未來，尋找開發(fā)制備金屬鈦及鈦合金的新方法無疑更具潛力。目前，文獻(xiàn)報(bào)道 較多的制備金屬鈦的新方法，主要有熔鹽電解固態(tài)二氧化鈦制備鈦的新工藝（FFC法)、固體 透氧膜法（SOM法)、原位電解鈣熱還原法（OS法）和導(dǎo)電體介入還原法（EMR法）等。這些方 法仍有很多不足，目前只停留在實(shí)驗(yàn)室階段，尚未進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有鈦鐵礦加工技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種在冰晶石熔鹽介質(zhì)中 鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法，在冰晶石熔鹽中，用鎂還原鈦鐵礦精礦，制成鎂鈦鐵 合金，然后用真空蒸餾的方法，將鎂和鈦鐵合金分離，在高效制備鈦鐵合金的同時(shí)，降低生 產(chǎn)成本。
[0009] 本發(fā)明的方法按以下步驟進(jìn)行： 1、 將鈦鐵礦精礦和冰晶石球磨混合均勻獲得混合物料，然后加熱至950~990°C熔化，形 成冰晶石熔鹽，鈦鐵礦精礦熔在冰晶石熔鹽中； 2、 在保護(hù)氣氛條件下，將還原劑金屬鎂加入到冰晶石熔鹽中，在金屬鎂和冰晶石界面 上發(fā)生還原反應(yīng)；全部物料在950~990°C保溫反應(yīng)l~4h，生成的鎂鈦鐵合金沉入冰晶石熔 鹽底部，然后冷卻至常溫； 3、將鎂鈦鐵合金取出后進(jìn)行真空蒸餾，然后降溫，蒸餾出的金屬鎂在結(jié)晶器上冷凝，剩 余部分為鈦鐵合金。
[0010] 上述的鈦鐵礦精礦的成分按質(zhì)量含TiO2 4L 53~5L 47%，F(xiàn)eO 29. 98~40· 95%，F(xiàn)e2O3 5. 53~15· 08%，CaO 0· 10~1· 47%，MgO 0· 06~4· 55%，SiO2 0· 41~9· 88%，Al2O3 0· 23~3· 39%，余 量為雜質(zhì)。
[0011] 上述的鎂鈦鐵合金按質(zhì)量百分比含Mg 71.49~80. 99%，Ti 14. 43~18. 34%，F(xiàn)e 2. 10-9. 97%, Si 0. 21-2. 31%〇
[0012] 上述的冰晶石由NaF和AlF3組成，其中NaF和AlF3的摩爾比為（2. 0~2. 8) :1。
[0013] 上述方法中，金屬鎂的加入量按金屬鎂與鈦鐵礦精礦中的鈦的摩爾比為6~24。
[0014] 上述方法獲得的鈦鐵合金按質(zhì)量百分比含Ti 56. 65~88. 80%，F(xiàn)e 10. 17~39. 14%。
[0015] 上述的步驟1中，欽鐵礦精礦占混合物料總質(zhì)量的3~8%。
[0016] 本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：米用的冰晶石恪鹽介質(zhì)能同時(shí)溶解欽鐵礦和反應(yīng) 產(chǎn)物氧化鎂；在950~990°C溫度下，熔鹽和鎂液的界面上發(fā)生鎂熱還原反應(yīng)，生成鎂鈦鐵合 金；由于反應(yīng)產(chǎn)物鎂鈦鐵合金的密度比熔鹽大，所以鎂鈦鐵合金向底部擴(kuò)散，而另一種反應(yīng) 產(chǎn)物MgO則溶解到冰晶石基熔鹽中，和熔鹽中的八^ 3反應(yīng)生成MgF 2，而MgF2是冰晶石熔鹽 的添加劑，可以有效降低熔鹽的初晶溫度； 復(fù)合氧化物鈦鐵礦？61103是FeO和TiO 2的復(fù)合，在溶解了 FeTiO 3的冰晶石熔鹽中，形 成絡(luò)合態(tài)的Ti ( rV )和Fe ( Π )，且二價(jià)Fe ( Π )在高溫狀態(tài)下易被氧化為三價(jià)Fe ( ΠΙ ); 熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦具體涉及的反應(yīng)方程式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法，其特征在于按以下 步驟進(jìn)行： (1) 將鈦鐵礦精礦和冰晶石球磨混合均勻獲得混合物料，然后加熱至950~990°C熔化， 形成冰晶石熔鹽，鈦鐵礦精礦熔在冰晶石熔鹽中； (2) 在保護(hù)氣氛條件下，將還原劑金屬鎂加入到冰晶石熔鹽中，在金屬鎂和冰晶石界面 上發(fā)生還原反應(yīng)；全部物料在950~990°C保溫反應(yīng)l~4h，生成的鎂鈦鐵合金沉入冰晶石熔 鹽底部，然后冷卻至常溫； (3) 將鎂鈦鐵合金取出后進(jìn)行真空蒸餾，然后降溫，蒸餾出的金屬鎂在結(jié)晶器上冷凝， 剩余部分為鈦鐵合金。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法， 其特征在于所述的鈦鐵礦精礦的成分按質(zhì)量含TiO 2 41. 53~51. 47%，F(xiàn)eO 29. 98~40. 95%， Fe2O3 5. 53-15. 08%, CaO 0. 10-1. 47%, MgO 0. 06-4. 55%, SiO2 0. 41-9. 88%, Al2O3 0. 23~3. 39%，余量為雜質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法， 其特征在于所述的鎂鈦鐵合金按質(zhì)量百分比含Mg 71. 49~80. 99%，Ti 14. 43~18. 34%，F(xiàn)e 2. 10-9. 97%, Si 0. 21-2. 31%〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法， 其特征在于獲得的鈦鐵合金按質(zhì)量百分比含Ti 56. 65~88. 80%，F(xiàn)e 10. 17~39. 14%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法， 其特征在于所述的冰晶石由NaF和AlF3組成，其中NaF和AlF 3的摩爾比為（2. 0~2. 8): 1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法， 其特征在于步驟（2)金屬鎂的加入量按金屬鎂與鈦鐵礦精礦中的鈦的摩爾比為6~24。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法， 其特征在于步驟（1)中鈦鐵礦精礦占混合物料總質(zhì)量的3~8%。
【專利摘要】在冰晶石熔鹽介質(zhì)中鎂熱還原鈦鐵礦制備鈦鐵合金的方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，按以下步驟進(jìn)行：（1）將鈦鐵礦精礦和冰晶石球磨混合后加熱熔化；（2）在保護(hù)氣氛條件下，加入金屬鎂，在950~990℃保溫反應(yīng)1~4h，冷卻至常溫；（3）真空蒸餾，金屬鎂在結(jié)晶器上冷凝，剩余部分為鈦鐵合金。本發(fā)明的方法反應(yīng)速率較快，分離效果好，產(chǎn)物純度高，氧含量較低，生產(chǎn)流程較短，節(jié)約了能耗，降低了生產(chǎn)成本；該方法可望將來用于原位提取月球資源鈦鐵礦金屬。
【IPC分類】C22B5-04, C22C14-00, C22B34-12, C22C1-02
【公開號(hào)】CN104878200
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510203642
【發(fā)明人】石忠寧, 謝開鈺, 劉小珍, 張鵬舉, 關(guān)蘋蘋, 劉愛民, 高炳亮, 胡憲偉, 于江玉, 王兆文
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年4月27日