高钛富铌渣冶炼铌铁合金的研究.pdf

2 0 1 4 年第l l 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n ‘5 7 一 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 豁n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 4 1 1 0 1 4 高钛富铌渣冶炼铌铁合金的研究 何文萍，，刘成钢2 ，刘玉宝3 一，陈国华3 ”，张先恒3 ”，赵二雄3 “ 1 ．包头钢铁职业技术学院，内蒙古包头0 1 4 0 3 0 ；2 ．包头市普特钢管有限公司，内蒙古包头0 1 4 0 3 0 ； 3 ．包头稀土研究院，内蒙古包头0 1 4 0 3 0 ；4 ．铌冶金内蒙古工程实验室，内蒙古包头0 1 4 0 3 0 摘要以铝锰合金为还原剂对高钛富铌渣进行热还原，在15 0 0 ℃、配料碱度1 ．o 、保温时间3 ～4m i n 的 条件下，获得了铌品位大于1 5 ％、铌收率大于8 6 ％、铌磷比大于l o o 的铌铁合金。采用铝锰还原高钛富 铌渣生产铌铁合金在技术上是可行的。 关键词高钛富铌渣；铝热法；铝锰合金；回收率 中图分类号T G l 4 6 ．4 1 6 文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 4 1 1 一0 0 5 7 一0 3 S t u d yo fS m e l t i n gN b F eA o yf r o mN i o b i u mE n r i c h e d H i g hT i t a n i u mS l a g H EW e n p i n 9 1 ，I 。I UC h e n g g a n 9 2 ，L I UY u - b a 0 3 一，C H E NG u o h u a 3 ’4 ， Z H A N GX i a n h e n 9 3 ”，Z H A 0E r x i o n 9 3 ’4 1 。B a o t o uI r o na n dS t e e lV o c a t i o n a lT e c h n i c a lC o U e g e ，B a o t o u0 1 4 0 3 0 ，I n n e rM o n g o “a ，C h i n a ； 2 ．B a o t o uP u t eS t e e lT u b eCo ．I ，t d ．，B a o t o u0 1 4 0 3 0 ，1 n n e rM o n 9 0 1 i a ，C h i n a ； 3 ．B a o t o uR e s e a r c hI n s t i t u t eo fR a r eE a r t h s ，B a o t o u0 1 4 0 3 0 ，I n n e rM o n g o l i a ，C h i n a ； 4 ．I n n e rM o n g o l i aN i o b i u mM e t a l l u f g i c a lE n g i n e e r i n gL a b o r a t o r y ，B a o t o u0 1 4 0 3 0 ，I n n e rM o n g o l i a ，C h i n a A b s t r a c t A l M na l l o yw a su s e da sr e d u c t a n tt op r o d u c eN b F ea l l o yf r o mn i ob i u me n r i c h e dh i g ht i t a n i u m s l a g ．N b F ea l l o yw i t hN bg r a d eo f1 5 ％a b o v e ，N br e c o v e r yo f8 6 ％a b o v e ，a n dN b ／Pr a t i oo f1 0 0a b o V e w a sp r e p a r e du n d e rt h ec o n d i t i o n si n c l u d i n gt e m p e r a t u r eo f15 0 0 ℃，d o s i n gb a s i c i t yo f1 ．0 ，a n dh o l d i n g t i m eo f3 ～4m in ．T h i st e c h n o l o g yi sf e a s i b l et op r o d u c eN b F ea 1 1 0 yf r o mn i o b i u me n r i c h e dh i g ht i t a n i u m s l a gb yA l M na l l o yr e d u c t i o n ． K e yw o r d s n i o b i u me n r i c h e dh i g ht i t a n i u ms l a g ；a l u m i n o t h e r m y ；A l M na l l o y ；r e c o v e r y 铌广泛应用于冶金、航天、电子、光学、原子能、 超导材料等领域[ 1 { ] 。包头白云鄂博蕴藏极为丰富 的铌资源[ 4 ] ，最近几年矿区中稀选尾矿中的铌大部 分以铌铁金红石赋存。我们把N b 。O 。／T i O ≤o ．6 的富铌渣称为高钛富铌渣。根据包头矿的特点，本 着铌资源综合利用，满足包钢及国内市场的需求，积 极开发以高钛富铌渣为原料生产铌铁的工艺具有很 明显的现实意义。 收稿日期2 0 1 4 一0 5 2 0 基金项目“十一五”国家科技支撑计划项目 2 0 0 8 B A B 3 2 8 0 7 作者简介何文萍 1 9 7 6 一 ，女，内蒙古包头人，讲师． 1冶炼原理 铝锰合金还原高钛富铌渣生产铌铁合金，主要 起还原作用的是铝，加入锰主要是提高还原剂的熔 点和密度，使还原剂和富铌渣的熔化性一致，从而防 止还原剂熔化漂浮、产生氧化失去还原性；另外锰的 加入降低了铌合金的熔点，改善了还原的动力学条 件。热效应是铝热法反应的关键，只有炉料的热量 万方数据 5 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第1 1 期 达到一定的值反应才会进行口] 。铝热还原高钛富铌 渣的主要反应[ 3 ’5 1 为 3 ／1 0 N b 2 0 5 s A l 一3 ／5 N b 1 ／2 A 1 2 0 。 s △G o 一2 8 0 2 8 6 3 8 ．2 1 T 15 0 0 ～20 0 0K T i 0 2 4 ／3 A l T i 2 ／3 A 1 2O 。 △G o 一一1 6 7 4 7 2 1 2 ．1 丁 1 ／2 F e 2 0 3 s A l F e 1 ／2 A 1 2 0 3 s △G o 一一4 3 4 9 2 7 3 2 ．9 7 T 15 0 0 ～20 0 0K 铝除了能还原钛、铁、铌等氧化物外，还会还原 高钛富铌渣中锰、磷、硫、硅等氧化物。还原硅、锰、 钛、铁等的单位反应热[ 5 1 分别为25 4 5 ．5 、19 2 1 ．7 、 17 2 0 ．7 、32 0 7 ．0k J ／k g 。由此可见，铝热法还原高 钛富铌渣中的各种氧化物，其单位反应热不足以维 持反应的进行，而且还原剂、石灰等都会消耗反应 热，为使反应能自发进行，需外界提供一定的热量。 本试验的冶炼过程在中频感应炉内进行，采用 容积5 0m L 的刚玉坩锅外套石墨坩埚。为防止刚 玉坩锅碎裂及坩锅内物质氧化，外围洒3m m 厚石 墨粉。坩埚及装料方式如图1 所示。 图1 装料示意图 F i g ．1 S k e t c hm a po fe x p e r i m e n t a ll o a d i n g 2 试验原料及方案3 试验过程及结果 铝热还原铌铁合金生产的主要原料有高钛富铌 渣、铝锰合金、石灰 3m m 。高钛富铌渣的化学 成分 ％ C a 01 4 ．1 5 、N b 2 0 55 ．7 2 、F e O6 ．9 7 、M n O 1 ．2 3 、P 2 0 50 ．1 0 、R E 05 ．2 2 、C a F 2 O ．4 5 、T i 0 2 1 0 ．0 9 、灿。 ] 31 ．6 4 、S i 0 23 4 ．8 5 。铝锰合金的化学成分 ％ ～8 0 、S io ．0 9 、№余量。石灰的化学成分 ％ C a O8 8 ．7 3 、S i O 2 ．O o 、S 0 ．0 5 、P O ．0 5 。 首先将配好的炉料 包括高钛富铌渣、石灰和还 原剂 按料比混合均匀全部装入刚玉坩锅内 还原剂 过量1 0 ％，碱度1 ．o ，放人中频感应炉内，升至预定 温度，保温，反应结束取出坩埚，渣铁分离送样分析。 采用R a y n g e r 3 i 红外测温仪测温。得到的铌铁合金 成分和回收率、相关元素在炉渣中和铌铁合金中的 分配率如表1 ～2 所示。 表1 铌铁合金成分和回收率 T a b I e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o n sa n dr e c o v e r yo fN b ．F ea o y／％ 序号 l 2 3 4 PA l T iN bM nF eS i 0 ．0 6 2O ．5 71 4 ．1 21 6 ．8 1 1 6 ．4 2 余量 2 4 ．4 6 O ．1 0 0O ．7 3 1 0 ．3 41 5 ．8 61 6 ．8 4 余量 2 0 ．5 3 o ．0 6 7o ．6 31 3 ．9 3 15 ．0 21 8 ．5 7 余量 2 3 ．5 7 o ．0 7 1o ．6 41 2 ．8 01 5 ．9 0 17 ．3 0 余量 2 2 ．8 5 回收率 9 0 ．7 0 8 9 ．2 7 8 6 ．2 8 8 8 ．7 5 表2 T a b l e2 元素在炉渣和铌铁合金中的分配率 D i s t r i b u t i o nr a t eo fe l e m e n t si ns l a g a n dN b - F ea o y 4 试验分析与讨论 4 ．1 炉渣碱度对铌收率的影响 在15 0 0 ℃保温3 ．5m i n 的条件下，碱度与铌 收率的关系曲线如图2 所示。 由图2 可见，在其它条件一定的情况下，随着碱 度R 的升高，铌收率先增加后缓慢下降。在R ≤1 时，碱度增加可降低铌在渣金问的分配比，有利于铌 收率的增加。但是如果碱度过高，炉渣的熔化温度 就会增加，反应所需的温度也要增加，从而导致铌收 率降低。 4 ．2 温度对铌收率的影响 在碱度1 ．o 、保温时间3m i n 的条件下，温度与 铌收率的关系曲线如图3 所示。 图3 表明，铌收率随温度的增加而增大。这是 因为用铝高温还原N b O 。的反应是通过扩散作用 来实现的，而且铌离子由氧化物熔体向金属与炉渣 万方数据 2 0 1 4 年第1 1 期有色金属 冶炼部分 h t t p 7 ／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 9 图2 碱度与铌收率的关系 F i g ．2R e I a t i o n s h i pb e t w e e nb a s i c i t y a n dN br e c o V e r y 术 婚 掣 鹾 温厦，℃ 图3 温度与铌收率的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nt e m p e r a t u r e a n dN br e c o V e r y 相界面的扩散过程是限制性环节[ 6 ] ，因此升高温度 可以加速扩散过程，使炉渣熔体中N b 0 。浓度下 降；此外，温度升高，可使渣金间铌的分配比降低，加 快铌的还原反应。 4 ．3 保温时间对铌收率的影响 在温度15 0 0 ℃、碱度1 ．o 的条件下得到的保 温时间与铌收率的关系曲线见图4 。图4 表明，铌 收率随保温时间的增加而增大，这主要是因为保温 时间增加，富铌渣得到了充分的反应。 图4 保温时间与铌收率的关系 F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e nh o l d i n g t i m ea n dN b 圮o V e r y 5结论 1 采用铝锰合金还原高钛富铌渣生产铌铁合金 在技术上是可行的。 2 在15 0 0 ℃、配料碱度1 ．o 、保温时间3 ～4 m i n 的条件下可以得到获得铌品位大于1 5 ％、铌收 率大于8 6 ％、铌磷比大于1 0 0 的铌铁合金。 参考文献 [ 1 ] 肖国望．白云鄂博矿产资源综合利用的前景[ J ] ．包钢 技术，2 0 0 3 ，2 9 5 1 0 1 2 ． [ 2 ] 姬俊梅．包头矿铌矿物的综合回收研究[ J ] ．矿业快报， 2 0 0 5 ，1 0 1 0 1 3 1 5 ． [ 3 ] 任俊，徐广尧，王文梅．铌[ M ] ．南京南京大学出版社， 2 0 0 1 5 2 2 5 0 ． [ 4 ] 梅泽峰，翟玉春．铝热法制备高钛铁合金的研究[ C ] ／／ 第十六届全国炼钢学术会议论文集．北京中国金属学 会，2 0 1 0 6 1 6 6 1 9 ． [ 5 ] 肖翔鸿，刘名扬，罗发应．铝热法冶炼高钛铁工艺试验 [ J ] ．钢铁钒钛，2 0 0 1 ，2 2 4 4 7 5 1 ． [ 6 ] 王才明，肖维超，周丽．铝热还原法生产铌铁合金中影 响铌收率的因素分析[ J ] ．稀有金属与硬质合金，2 0 0 5 ， 3 3 】 5 5 5 7 ． 万方数据