阅读说明：本技术 利用精制尾渣制备钒钛合金的方法 (Method for preparing vanadium-titanium alloy by using refined tailings ) 是由 周丽 张溅波 李良 王建鑫 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用精制尾渣制备钒钛合金的方法,属于冶金技术领域。本发明为同时回收利用四氯化钛精制中钒和钛,提供一种利用精制尾渣制备钒钛合金的方法,包括：先将精制尾渣进行通氧焙烧脱氯处理,得脱氯精制尾渣；以石墨电极作为加热电极,加入铝作为还原物料和脱氯精制尾渣进行电渣重熔,持续通电,待铝制自耗电极耗尽后,即得钒钛合金。本发明将精制尾渣中的钒元素回收利用的同时,还防止了宝贵资源钛元素的流失,且钒钛回收率高,所得钒钛合金应用领域广,保证了良好的附加产值收益。(The invention discloses a method for preparing a vanadium-titanium alloy by using refined tailings, belonging to the technical field of metallurgy. The invention provides a method for preparing vanadium-titanium alloy by using refined tailings for simultaneously recycling vanadium and titanium in titanium tetrachloride refining, which comprises the following steps: firstly, carrying out oxygen-introducing roasting dechlorination treatment on the refined tailings to obtain dechlorinated refined tailings; and (3) taking a graphite electrode as a heating electrode, adding aluminum as a reducing material and dechlorination refined tailings, carrying out electroslag remelting, continuously electrifying, and obtaining the vanadium-titanium alloy after the aluminum consumable electrode is exhausted. The method provided by the invention can be used for recycling the vanadium element in the refined tailings, preventing the loss of the titanium element which is a precious resource, and ensuring high vanadium-titanium recovery rate, and the obtained vanadium-titanium alloy has a wide application field and ensures good additional output value income.)

利用精制尾渣制备钒钛合金的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种利用精制尾渣制备钒钛合金的方法。

背景技术

攀西地区钒钛磁铁矿资源氯化工艺所得粗四氯化钛含钒量高(5‰～8‰)，一般需要通过精制工艺去除。精制除钒过程生成的VOCl₂或钒的低价氯化物与其它固体杂质以残渣分离出去，所得残渣中含有四氯化钛，采用蒸发浓缩的方式进行回收处理，蒸发回收四氯化钛后，剩下的尾渣称为四氯化钛精制尾渣。攀钢集团钛业公司每年约产生400t的四氯化钛精制尾渣。四氯化钛精制尾渣为TiCl4生产过程中典型固体废弃物之一。在其堆放过程中会释放出大量的盐酸，严重污染环境，同时渣中含钒量(大约10～18‰左右)、含钛量(大约18～25％)较高，也造成了资源浪费。

目前针对四氯化钛精制尾渣的综合利用大多将尾渣中的钒提炼出来制备普通钒或者高纯钒，造成了钛的大量浪费，且目前尚未有将精制尾渣中的钒、钛资源同时回收的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够将四氯化钛精制尾渣中钒和钛同时回收利用的方法，以实现精制尾渣的钒钛综合利用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供一种利用精制尾渣制备钒钛合金的方法，其包括以下步骤：先将精制尾渣进行通氧焙烧脱氯处理，得脱氯精制尾渣；以石墨电极作为加热电极，加入铝作为还原物料和脱氯精制尾渣进行电渣重熔，持续通电，待铝制自耗电极耗尽后，即得钒钛合金。

其中，上述利用精制尾渣制备钒钛合金的方法中，所述精制尾渣含有以下质量百分含量的组分：10～20％TV，12～25％Ti，3～15％Cl，3～12％C，0.6～2％Si，1～1.8％Fe，0.1～0.3％Al。

其中，上述利用精制尾渣制备钒钛合金的方法中，所述通氧焙烧脱氯处理中，控制氧气流量为135～420m³/(h﹒t精制尾渣)，焙烧温度为450～600℃，焙烧时间为30～90min。

其中，上述利用精制尾渣制备钒钛合金的方法中，所述脱氯精制尾渣含有以下质量百分含量的组分：TV 15％～25％，Ti 18～30％，Cl<0.05％，C<0.05％，Fe 1.2～2％，Al0.5～2％，Si 1.5～3％。

其中，上述利用精制尾渣制备钒钛合金的方法中，所述铝还原物料的加入量为理论耗铝量的1.0～1.3倍。

其中，上述利用精制尾渣制备钒钛合金的方法中，电渣重熔时，控制还原冶炼的单位电耗为600～1300kWh/吨。

本发明的有益效果：

本发明将精制尾渣中的钒元素回收利用的同时，还防止了宝贵资源钛元素的流失，且钒钛回收率高，所得钒钛合金应用领域广，保证了良好的附加产值收益。

具体实施方式

具体的，利用精制尾渣制备钒钛合金的方法，包括以下步骤：先将精制尾渣进行通氧焙烧脱氯处理，得脱氯精制尾渣；以石墨电极作为加热电极，加入铝作为还原物料和脱氯精制尾渣进行电渣重熔，持续通电，待铝制自耗电极耗尽后，即得钒钛合金。

本发明方法适用于四氯化钛生产工艺中的精制尾渣，该精制尾渣成分不是单纯以单质的形式存在，部分以氯化物形式存在，部分以氧化物形式存在，一般含有以下质量百分含量的组分：10～20％TV，12～25％Ti，3～15％Cl，3～12％C，0.6～2％Si，1～1.8％Fe，0.1～0.3％Al。

本发明方法中，精制尾渣需要先进行通氧焙烧脱氯处理，针对精制尾渣的成分，控制氧气的流量为135～420m³/(h﹒t精制尾渣)，焙烧温度为450～600℃，焙烧时间为30～90min，可保证精制尾渣中的氯完全脱除干净，氯化物中金属元素以金属氧化物形式存在，氯以氯气的形式逸出。该过程中发生的还原反应主要是：

VCl₃+O₂→V₂O₅+Cl₂

VOCl₂+O₂→V₂O₅+Cl₂

TiOCl₂+O₂→TiO₂+Cl₂

FeCl₃+O₂→Fe₂O₃+Cl₂

C+O₂＝CO₂。

经过上述反应，所得脱氯精制尾渣含有以下质量百分含量的组分：TV 15％～25％，Ti 18～30％，Cl<0.05％，C<0.05％，Fe 1.2～2％，Al 0.5～2％，Si 1.5～3％。

铝还原物料的加入量为Al与Ti、V反应的理论耗铝量的1.0～1.3倍，可保证精制尾渣中的钒、钛尽可能全部被还原，同时过量的铝与其它物质反应，不会剩余单质铝。

本发明中，控制还原冶炼的单位电耗为600～1300kWh/吨，铝制自耗电极在强电流下熔化，熔融状态的铝液接触高温的精制尾渣并与之反应，将精制尾渣中的TiO₂、V₂O₅等氧化物还原，形成高温熔融的钒钛合金，剩余的固体残渣主要成分为三氧化二铝。该过程中发生的还原反应主要有：

TiO₂(s)+Al(l)→[Ti]+(Al₂O₃)

V₂O₅(s)+Al(l)→[V]+(Al₂O₃)

Fe₂O₃(s)+Al(l)→[Fe]+(Al₂O₃)

SiO₂(s)+Al(l)→[Si]+(Al₂O₃)。

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

经化学分析，精制尾渣的组分以质量分数计包括15.5％TV、20.37％Ti、13.06％Cl、0.889％Si、1.34％Fe、5.9％C。

先将精制尾渣进行回转窑脱氯焙烧，具体操作：从回转窑窑头通氧气流量370m³/(h﹒t精制尾渣)，设置加热温度为600℃，旋转速率为1.5r/min，从回转窑窑尾将四氯化钛精制尾渣加入回转窑中，与氧气形成逆流接触进行焙烧脱氯脱碳，焙烧后的精制尾渣经窑头排出并收集。脱氯精制尾渣化学成分以质量分数计包括22.73％TV、24.3％Ti、2.44％Si、2.15％Fe。利用此脱氯精制尾渣，采用本发明方法制备钒钛合金，具体步骤如下：

取100kg精制尾渣，以石墨电极作为加热电极，加入47kg铝还原物料与精制尾渣进行电渣重熔加工(理论耗铝量的1.1倍)，控制给电功率为600kWh/吨，持续通电，当测定渣中钒和钛总含量小于5％，收集熔融态钒钛合金，并将其冷却，得到钒钛合金49.98kg，其中，钛含量约为22kg，钛元素回收率达到90.5％，钒含量约为19.91kg，钒元素回收率达到87.6％。

实施例2

经化学分析，精制尾渣的组分以质量分数计包括15.7％TV、19.9％Ti、11.28％Cl、0.675％Si、1.5％Fe、7.0％C。

先将精制尾渣进行回转窑脱氯焙烧，具体操作：从回转窑窑头通氧气流量370m³/(h﹒t精制尾渣)，设置加热温度为600℃，旋转速率为1.5r/min，从回转窑窑尾将四氯化钛精制尾渣加入回转窑中，与氧气形成逆流接触进行焙烧脱氯脱碳，焙烧后的精制尾渣经窑头排出并收集。脱氯精制尾渣化学成分以质量分数计包括19.98％TV、26.5％Ti、2.63％Si、2％Fe。利用此脱氯精制尾渣，采用本发明方法制备钒钛合金，具体步骤如下：

取100kg脱氯精制尾渣，以石墨电极作为加热电极，加入51kg铝还原物料与精制尾渣进行电渣重熔加工(理论耗铝量的1.2倍)，控制给电功率为900kWh/吨，持续通电，当测定渣中钒和钛总含量小于5％，收集熔融态钒钛合金，并将其冷却，得到钒钛合金50.11kg，其中，钛含量约为24.49kg，钛元素回收率达到92.4％，钒含量约为18.02kg，钒元素回收率达到90.2％。

实施例3

经化学分析，精制尾渣的组分以质量分数计包括17.6％TV、20.21％Ti、16.2％Cl、1.78％Si、1.26％Fe、9.2％C。

先将精制尾渣进行回转窑脱氯焙烧，具体操作：从回转窑窑头通氧气流量370m³/(h﹒t精制尾渣)，设置加热温度为600℃，旋转速率为1.5r/min，从回转窑窑尾将四氯化钛精制尾渣加入回转窑中，与氧气形成逆流接触进行焙烧脱氯脱碳，焙烧后的精制尾渣经窑头排出并收集。脱氯精制尾渣化学成分以质量分数计包括21.19％TV、25.21％Ti、2.44％Si、2.15％Fe。利用此脱氯精制尾渣，采用本发明方法制备钒钛合金，具体步骤如下：

取100kg脱氯精制尾渣，以石墨电极作为加热电极，加入55kg铝还原物料与精制尾渣进行电渣重熔加工(理论耗铝量的1.3倍)，控制给电功率为1200kWh/吨，持续通电，当测定渣中钒和钛总含量小于5％，收集熔融态钒钛合金，并将其冷却，得到钒钛合金49.25kg，其中，钛含量约为23.82kg，钛元素回收率达到94.5％，钒含量约为19.41kg，钒元素回收率达到91.6％。