Produzione del ferrotitanio: materie prime, recupero e metodi tecnologici di base
Ferrotitanio (FeTi)è prodotto da materie prime contenenti titanio che, dopo la riduzione, vengono utilizzate per produrre una lega di ferro e titanio. I principali tipi di materiali di partenza sonominerale di ferro titanio (ilmenite, FeTiO₃),rutilo (TiO₂)Erottami di titanio, inclusi titanio e leghe di titanio come Ti-V-Al. A differenza delle materie prime a base di ossido, i rottami di titanio non richiedono riduzione chimica e possono essere lavorati mediante fusione.
La scelta dell'agente riducente è di grande importanza per la qualità del ferrotitanio finale.TiO₂ è un ossido chimicamente stabilePertanto, diversi processi di riduzione portano a prodotti diversi e richiedono condizioni di processo corrispondenti.
1. Riduzione di TiO₂ con carbonio
Durante il recuperoCarbonio TiO₂A temperature elevate non è possibile ottenere direttamente il metallo titanio. Invece si formacarburo di titanio (TiC).
Pertanto, il metodo del carbonio può portare all'ottenimentoferrotitanio ad alto contenuto di carbonio. L'alto contenuto di carbonio limita l'uso di questo materiale nei processi di produzione dell'acciaio dove il contenuto di C deve essere rigorosamente controllato.
Ecco perché il processo carbonio-termico presenta i suoi limiti rispetto al metodo alluminotermico.
2. Riduzione termica del silicio di TiO₂
RecuperoSilicio TiO₂di per sé è difficile. Tuttavia, aggiungendoCaO come flussopromuove la reazione di riduzione.
In questo caso, il titanio e il silicio possono formarsi stabilisiliciuri di titanioPertanto, il ferrotitanio risultante è caratterizzato da un contenuto di silicio più elevato.
Pertanto, il processo termico del silicio può essere utilizzato per produrre ferrotitanio quando un certo livello di silicio nel prodotto finale è accettabile.
3. Riduzione alluminotermica
Alluminioin grado di ridurre TiO₂ per formare titanio. Tuttavia, affinché la reazione proceda con successo, è importante mantenere il rapporto corretto tra agente riducente e materia prima.
Se la quantità di alluminio è inferiore al livello stechiometrico calcolato, si possono formare quantità significative.TiO.
Il TiO è un composto più stabile del TiO₂ e la sua ulteriore riduzione con l'alluminio è difficile. In questo caso, il TiO può passare nelle scorie e interagire con i componenti dell'ossido, inclusoAl₂O₃ e SiO₂.
Pertanto viene utilizzato nel processo alluminotermicoCaO. Promuove la formazione di un sistema di scorie adeguato e aiuta a prevenire l'accumulo indesiderato di TiO nelle scorie, promuovendo al contempo un recupero più completo delle materie prime contenenti titanio.
4. Perché ilmenite è più conveniente da ripristinare rispetto al TiO₂ puro?
Quando si confrontano diversi tipi di materie prime, un vantaggio importanteilmenite (FeTiO₃)è che la sua riduzione alluminotermica è più semplice della riduzione del TiO₂ puro.
L'aggiunta di CaO ha un analogo effetto positivo sul processo, favorendo la formazione di un'apposita fase di scoria e migliorando le condizioni di recupero.
Ecco perchériduzione alluminotermica del concentrato di titanioè considerata la principale via industriale per la produzione di ferrotitanio.
Il prodotto risultante è diversoa basso contenuto di carboniotuttavia, il contenuto di alluminio e silicio potrebbe essere maggiore. Pertanto, quando si sceglie il ferrotitanio, è necessario tenere conto non solo del contenuto di Ti, ma anche dei livelliAl, Si e Cin conformità con i requisiti di uno specifico tipo di acciaio.
5. Metodi di base per la produzione del ferrotitanio
In base alle caratteristiche delle reazioni di riduzione, la produzione industriale di ferrotitanio può essere suddivisa in quattro aree principali:
Metodo alluminotermico
Utilizzato come agente riducentealluminioe CaO viene utilizzato per formare un sistema di scorie adatto.
Caratteristiche principali:
- basso contenuto di carbonio;
- contenuto di alluminio relativamente elevato;
- possibile aumento del contenuto di silicio;
- ampiamente utilizzato per produrre ferrotitanio per la produzione dell'acciaio.
Metodo elettrosilicio-termico
In questo processo, il restauro viene effettuato con la partecipazione disilicio in un forno elettrico. L'uso di CaO promuove la reazione di riduzione.
La caratteristica principale del prodotto è la capacità di ottenereferrotitanio ad alto contenuto di silicio.
Metodo elettrocarbonico-termico
Utilizzato come agente riducentecarbonio, e il processo viene effettuato ad alta temperatura in un forno elettrico.
Poiché la riduzione del TiO₂ da parte del carbonio è accompagnata dalla formazioneTic, il prodotto finale può avere un contenuto di carbonio più elevato.
Rifusione dei rottami di titanio
Rottami di titanio e scarti di leghe di titanio, compresi i materiali a base di titanioTi-V-Al, non richiedono riduzione dell'ossido.
Tali materie prime possono essere lavorate darifusione, che consente il reinserimento nel ciclo produttivo dei materiali contenenti titanio.
6. Confronto dei principali metodi
| Metodo | Agente riducente basico | Caratteristica principale del prodotto |
|---|---|---|
| Alluminotermico | Al+CaO | Basso contenuto di C, più alto Al e Si |
| Elettrosilicontermico | Sì | Contenuto di Si più elevato |
| Elettrocarbonio-termico | C | Contenuto C più elevato a causa-a causa della formazione di TiC |
| Rottami di fusione | Non richiesto | Riciclaggio del metallo Ti e delle leghe di titanio |
Pertanto, la scelta della tecnologia influisce direttamente sulla composizione chimica del ferrotitanio. Se è necessario ridurre al minimo il contenuto di carbonio, il processo alluminotermico può essere vantaggioso. Se un determinato contenuto di silicio o carbonio è accettabile, è possibile utilizzare anche altri metodi a seconda dei requisiti del prodotto finale.
7. Cosa cercare quando si sceglie il ferrotitanio?
Per i produttori di acciaio non è sufficiente considerare solo il contenuto nominale di titanio. Quando si acquista ferrotitanio è necessario verificare la composizione chimica completa del materiale, tra cui:
- Ti - contenuto di titanio;
- Al - contenuto di alluminio;
- Si - contenuto di silicio;
- Contenuto di carbonio C -;
- P - contenuto di fosforo;
- Contenuto di zolfo S-.
È anche necessario essere d'accordodimensione dei pezzi, requisiti di imballaggio e condizioni di controllo dei lotti.
Per i processi critici di produzione dell'acciaio, si consiglia di richiedere un certificato di analisi per ciascun lotto per garantire che la composizione chimica sia stabile e che il materiale soddisfi i requisiti del tipo di acciaio specifico.
Conclusione
Produzioneferrotitaniobasato sul recupero di ossidi contenenti titanio o sulla lavorazione di rottami metallici di titanio. ComportamentoTiO₂interagendo con i diversi agenti riducenti determina le caratteristiche di ciascun percorso produttivo.
La riduzione del carbonio produceTic, che porta ad un aumento del contenuto di carbonio. La riduzione termica del silicio utilizzando CaO può portare alla formazione di ferrotitanio con un maggiore contenuto di silicio. Nella riduzione alluminotermica, il controllo della quantità di alluminio e l'utilizzo di CaO sono importanti per prevenire la formazione e l'accumulo di TiO nelle scorie.
Dailmenite (FeTiO₃)viene ridotto dall'alluminio più facilmente del TiO₂ puro,metodo alluminotermicoè il principale metodo industriale per la produzione del ferrotitanio. Insieme ad esso vengono utilizzatimetodi elettrosilicio-termici, elettrocarboni-termici e rifusione di rottami di titanio.
In definitiva, la scelta del metodo di produzione è determinata dal contenuto richiestoTi, Al, Si e C, le caratteristiche della materia prima e i requisiti dell'uso finale del ferrotitanio.