钛的基本知识

熔炼钛渣基本知识

钛是一种金属元素，钛有13种同位素，其中稳定同位素5个，其余8个为不稳定的微量同位素，钛的最高氧化钛通常是正四价。钛广泛应用于航空航天、化工、冶金、电力、船舶和日常生活中。由于钛的化学活性很强，所以自然界中没有单质存在，总是和氧结合在一起。在矿中钛主要以TiO2和钛酸盐形式存在。FeO、Fe2O3、TiO2三者可形成无限固溶体。钛铁矿是一种以偏钛酸铁晶格为基础的多组分复杂固溶体，熔点是1470ºC。理论分子式为Fe TiO3（FeO·TiO2），分岩矿和砂矿，岩矿储量大，FeO/ Fe2O3高，结构致密，不易将TiO2与其他成分分离。砂矿储量小，FeO/ Fe2O3小，结构疏松，易将TiO2与其他成分分离。世界上90%以上钛矿用于生产钛白。

钛的氧化物中主要是TiO2，此外还有许多低价氧化物，如TiO、Ti2O3、Ti3O5。高价氧化物，如TiO3、Ti2O7等，它们彼此可形成固溶体。

TiO2在自然界中存在三种同素异型钛态，即金红石型、锐钛型和板钛型。金红石型TiO2是最稳定的一种，即使在高温下也不发生转化和分解。锐钛型TiO2仅在低温下稳定，610ºC便开始缓慢转化为金红石型，915ºC可完全转化为金红石型。板钛型TiO2是不稳定化合物，加温高于650ºC则转化为金红石型。TiO2是一种白色粉末。是两性化合物。

钛渣是由钛铁矿经火法冶金处理后获得的含钛品位较高的物料，含TiO2一般大于72%的富钛料。钛渣分酸溶性钛渣（TiO2为72~85%，主要用于硫酸法生产钛白）和高钛渣（TiO2≥85%，主要用于氯化法生产钛白和金属钛）。酸溶性钛渣应含有适量的助熔杂质（主要是FeO 和MgO）和一定量的Ti2O3，使钛的氧化物尽可能赋存于黑钛石（Mg Ti2O5）固溶体中，并在工艺上尽量采取措施避免生成金红石型TiO2。钛渣是一种高熔点的炉渣，钛渣熔体具有强的腐蚀性、高导电性和其粘度在接近熔点温度时而剧增的特性。钛渣高导电性决定了开弧熔炼。TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO的熔点分别为1870ºC、1774ºC、1839ºC、1750ºC，钛渣熔点在1580 ~1700ºC之间，出炉时必须将钛渣熔体过热。

熔炼钛渣技术操作规程

一、熔炼原理

电炉法生产钛渣的实质是钛铁矿与固体还原剂混合加入电炉中进行还原熔炼，矿中铁的氧化物被选择性地还原为金属铁，而钛的氧化物被富集在渣中，经铁渣分离获得钛渣和副产品金属铁。

碳还原偏钛酸铁可能发生的反应如下：

Fe TiO3+C= TiO2+ Fe+CO 1

3/4Fe TiO3+C= 1/4Ti3O5+3/4 Fe+CO 2

2/3Fe TiO3+C=1/3 Ti2O3+2/3 Fe+CO 3

1/2Fe TiO3+C=1/2 TiO+1/2 Fe+CO 4

2Fe TiO3+C= Fe Ti2O5+ Fe+CO 5

1/4Fe TiO3+C=1/4 TiC+1/4 Fe+3/4CO 6

1/3Fe TiO3+C=1/3 Ti+1/3 Fe+CO 7

1/3Fe2 O3+C=2/3 Fe+CO 8

其反应顺序为8＞1＞5＞2＞3＞4＞6＞7。在低温（＜1200ºC）的固相还原中，主要是矿中铁氧化物的还原，TiO2的还原较少，主要按式8、1、5进行还原反应。在中温（1200~1500ºC）液相还原中，除了铁的氧化物被还原外，还有相当数量的TiO2被还原, 主要按式2、3、4进行还原反应。在高温（1500~1700ºC）下，式6、7反应增加。可见，随温度的升高，TiO2被还原生成低价钛的量增加，即钛的氧化物在还原熔炼过程中随温度的升高按下面顺序逐渐发生变化：TiO2→Ti3O5→Ti2O3→TiO →TiC→Ti（Fe）

此外，CO也参与反应，以及碳、CO与杂质也发生反应。

二、原材料及产品质量要求

生产钛渣的主要原料是钛铁矿、还原剂、粘结剂。

1、钛铁矿

选择钛铁矿应以钛和铁的氧化物的总量作为衡量钛铁矿质量好坏的标准，且非铁杂质低。一般TiO2≥46%，非铁杂质≯9%。

2、还原剂

原则上，所有含碳的物料，如煤炭、石油焦、冶金焦、木炭、石墨粉都可作为还原剂。从工艺和经济的合理性考虑，应选择活性高，电导率低，灰分低，挥发分低，含硫低和廉价的还原剂。还原剂活性高可以增加还原速度，减少熔炼时间，降低能耗和提高生产能力。还原剂电导率低，可改善炉料性能，保证合理的供电制度。还原剂灰分低，可减少对产品钛渣的污染。还原剂挥发分低，可减少熔炼过程的

排气量，有利炉况的稳定。硫是有害杂质。各种还原剂活性：木炭＞无烟煤＞石油焦＞冶金焦。

3、粘结剂

粘结剂一般使用沥青。

4、酸溶性钛渣

TiO278~85%（其中不溶钛≤1.5%），∑Fe≤8%。

三、配料

配料是把钛铁矿、还原剂、粘结剂按适当比例混合均匀，配料比约为，钛铁矿：还原剂：沥青=100：（8~11）：（5~8），还原剂、沥青力度≤5mm。炉料熔化温度约为1250~1300ºC。配料的关键是配碳。还原剂的过量和不足都会引起炉况的失调并导致熔炼得失败。配碳过多，TiO2大量被还原，生低价钛含量高的熔体，并助长TiC的生成，使熔炼过程出炉变得困难。配碳不足会导致FeO还原不完全，需要造渣阶段补加大量碳，使熔炼时间增加，电耗上升。配碳第一种方法是将矿中所有铁的氧化物还原为金属铁所需的碳，再乘上过量系数。第二种方法是将矿中所有铁的氧化物还原为金属铁和所有TiO2还原为Ti3O5所需碳量，再加上铁水增碳所需碳量。钛铁矿的品位和还原剂中含碳量发生变化，直接影响配料。

为了降低熔体的温度，炉料配碳少一些进行熔炼所生成的初渣具有较低熔点，并有可能增大熔池体积，从而增加产量。

配料工应严格按照配料比进行准确称量、均匀搅拌。

四、熔炼

熔炼钛渣过程是间歇操作，一般包括捣炉、加料、接放电极、送电熔炼、烧堵炉眼、出炉等步骤。

1、捣炉、加料

出炉堵完炉眼后开始捣炉，捣炉要将熟料完全捣下、捣实，没有空隙，充分捣炉能保证加料足量，防止交班时偷工减料，影响下一班操作和整体产量。加料时要做到布料均匀，料面应中高外低，形成拱形。