本發(fā)明涉及金屬顆粒制備技術領域，具體涉及一種直接粒化法生產(chǎn)酸溶性鈦渣粉末的方法。

背景技術：

我國蘊藏著極為豐富的釩鈦磁鐵礦資源，主要分布在四川攀枝花和河北承德地區(qū)。攀西是我國釩鈦資源最為富集的地區(qū)，釩鈦磁鐵礦遠景儲量超過100億噸。釩鈦磁鐵礦經(jīng)選礦后得到鐵精礦及鈦精礦，鈦精礦經(jīng)過電爐還原熔煉得到半鋼和富鈦渣，富鈦渣再經(jīng)硫酸法或氯化法得到鈦白，以鈦白為基礎可以制備其他鈦制品。由于攀枝花鈦渣所含mgo和cao較高，因此，很難采用污染較輕，技術較先進的氯化法，而采用硫酸浸出法來生產(chǎn)鈦白粉，實現(xiàn)鈦鐵礦的的綜合利用。這就要求所生產(chǎn)的鈦渣為酸溶性鈦渣。

2004年4月，在成功引進烏克蘭國家鈦研究院鈦渣生產(chǎn)技術后，亞洲最大的鈦渣生產(chǎn)線—年產(chǎn)18萬噸鈦渣項目在攀鋼破土建設。其中一期建設一座25mw的鈦渣電爐，該電爐采用組合式自焙電極技術與半密閉電爐冶煉鈦渣工藝相結(jié)合的鈦渣冶煉工藝，可形成年產(chǎn)鈦渣6萬噸的綜合能力，其工藝流程如圖3所示。

酸溶性鈦渣，黑鈦石為tio2的主要賦存相，占總渣量的50％以上。金紅石和金紅石化黑鈦石中的鈦基本不能酸解。如果鈦渣中金紅石和金紅石化黑鈦石的質(zhì)量分數(shù)增加，會對鈦渣的酸解率有較大的負面影響，酸溶性鈦渣中的黑鈦石富集了大部分tio2，容易被硫酸溶解。

攀鋼生產(chǎn)酸溶性鈦渣，通常采用鈦渣出爐后噴水急冷的措施，從而降低低價鈦的金紅石化程度。然而采用噴水急冷方式不但消耗大量的水，熔融鈦渣的熱量也完全沒有回收。除此之外，在后續(xù)生產(chǎn)過程中還需對鈦渣進行脫水、烘干等工序，增加酸溶性鈦渣生產(chǎn)成本。采用空氣作為冷卻介質(zhì)的霧化工藝生產(chǎn)鈦渣，不僅風機耗電量大，生產(chǎn)過程中容易形成金紅石相，不利于硫酸法酸解。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明目的是提供一種不易形成金紅石相的酸溶性鈦渣粉末的生產(chǎn)方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種直接粒化法生產(chǎn)酸溶性鈦渣粉末的方法，采用如下粒化裝置制備酸溶性鈦渣粉末：

所述粒化裝置包括熔融金屬注入結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)粒化系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)；

所述熔融金屬注入結(jié)構(gòu)包括耐高溫的容器和塞子；

所述容器的底部具有通孔，所述塞子與所述通過密封滑動配合；

旋轉(zhuǎn)粒化系統(tǒng)：包括霧化室、轉(zhuǎn)盤、法蘭、連接軸、環(huán)形隔板、驅(qū)動電機和變頻器；

所述霧化室的頂部具有熔融金屬注入口，所述通孔與熔融金屬注入口同軸設置；環(huán)形隔板設置霧化室內(nèi)，且位于霧化室的底部，所述環(huán)形隔板將霧化室的底部分成酸溶性鈦渣粉末收集器和冷卻水收集器兩個部分；

所述酸溶性鈦渣粉末收集器的底部具有酸溶性鈦渣粉末排出口；

所述冷卻水收集器的底部具有冷卻水排水口；

所述轉(zhuǎn)盤和法蘭位于霧化室內(nèi)部，轉(zhuǎn)盤固定在法蘭的上方，轉(zhuǎn)盤與熔融金屬注入口相對設置；

所述連接軸設置在法蘭的下方，且其頂部與法蘭固定連接；

所述驅(qū)動電機與連接軸連接，驅(qū)動連接軸沿其中心軸轉(zhuǎn)動；

所述變頻器與驅(qū)動電機連接，用于控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速；

冷卻系統(tǒng)：包括冷卻水和冷卻水噴出件；

所述冷卻水噴出件為一根環(huán)形水管；

所述環(huán)形水管固定在霧化室頂壁的內(nèi)側(cè)，且環(huán)形水管形成的環(huán)形與轉(zhuǎn)盤為同心圓；

環(huán)形水管所形成的環(huán)形直徑小于所述環(huán)形隔板圍成的環(huán)形的直徑；

所述環(huán)形水管的下方具有出水縫隙；所述出水縫隙沿環(huán)形水管周向一圈；

冷卻水通過環(huán)形水管的下方的出水縫隙噴出形成水霧，將從轉(zhuǎn)盤頂部飛濺出來的酸溶性鈦渣顆粒冷卻；

水循環(huán)系統(tǒng)：包括水箱、蓄水池和循環(huán)泵；

所述蓄水池的進水口與冷卻水排水口連通，蓄水池的出口通過管道與水箱的冷卻水進口連通，所述循環(huán)泵安裝在所述管道上；

所述水箱設置在霧化室的頂部，水箱的冷卻水出口與環(huán)形水管連通；

制備酸溶性鈦渣的步驟如下：

s1：開啟冷卻系統(tǒng)：所述環(huán)形水管下方的出水縫隙噴出冷卻水，在轉(zhuǎn)盤的周圍形成以轉(zhuǎn)盤為中心的環(huán)形水幕；

s2：啟動旋轉(zhuǎn)粒化系統(tǒng)，通過變頻器控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，從而設定轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速；

s3：拔出塞子，酸溶性鈦渣從容器底部的通孔落入轉(zhuǎn)盤，隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，在離心力的作用下酸溶性鈦渣分裂成小的熔滴，熔滴飛離轉(zhuǎn)盤的邊緣，在飛行途中穿過所述環(huán)形水幕，冷卻、凝固成鈦渣顆粒；所述鈦渣顆粒的直徑在1-4mm之間；

s4：進過步驟s3形成的酸溶性鈦渣顆粒飛向霧化室的內(nèi)壁，然后下落至酸溶性鈦渣粉末收集器中。

s5：所述步驟s4得到的鈦渣顆粒經(jīng)球磨機破碎得到粒徑小于0.04mm占比超過98％的鈦渣粉末。

作為優(yōu)化，所述轉(zhuǎn)盤為頂部直徑大于底部直徑喇叭狀結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)化，所述轉(zhuǎn)盤底部的外側(cè)具有一圈裙邊，裙邊上具有多個安裝孔。

作為優(yōu)化，還包括保護罩；所述保護罩用于將所述連接軸罩住。

作為優(yōu)化，所述水循環(huán)系統(tǒng)還包括除塵器和蒸汽熱交換器；

所述除塵器的進氣口與霧化室的頂部連通，除塵器的出氣口與蒸汽熱交換器的進氣口連通，蒸汽熱交換器的出氣口與蓄水池的連通。粒化過程產(chǎn)生的蒸汽中混雜細小的鈦渣顆粒，先經(jīng)霧化室上部的出風口到達除塵器，去除蒸汽中的鈦渣顆粒。除塵之后的蒸汽，經(jīng)熱交換器，回收部分熱量，蒸汽冷卻變成水，進入蓄水池，作為冷卻水循環(huán)使用。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1.通過鈦渣溫度、流量和轉(zhuǎn)盤半徑、轉(zhuǎn)速等參數(shù)調(diào)節(jié)鈦渣粒化顆粒粒度為1～4mm，不僅可以降低鈦渣的氧化程度，還有利于黑鈦石相聚集長大。這是因為相比1mm以下的鈦渣顆粒，選擇將顆粒的粒度控制1～4mm范圍內(nèi)，所有顆粒的比表面積之和減小，氧化程度也隨之降低。同時，顆粒粒徑大，冷卻速度慢，冷卻時間長，有利于顆粒內(nèi)部的黑鈦石聚集長大，后續(xù)對顆粒進行破碎時，長大的黑鈦石更容易暴露出來，在酸解工序與酸液直接接觸，酸解效果好。

2.跟傳統(tǒng)水淬渣和水霧化工藝相比，鈦渣直接粒化工藝耗水量小，無需脫水、烘干等工序，可以降低酸溶性鈦渣成本；跟空氣霧化工藝相比，鈦渣直接粒化工藝采用水幕冷卻，冷卻效果好，可以一定程度上避免鈦渣中黑鈦石相轉(zhuǎn)變成金紅石相，得到的鈦渣有利于酸解。這是因為，氣霧化以空氣作為冷卻介質(zhì)，冷卻效率低，時間長，鈦渣顆粒跟空氣中的氧接觸，低價鈦容易發(fā)生氧化生成金紅石，金紅石很難酸解，影響酸解效果。采用環(huán)形冷卻水幕，冷卻效果好，大大減少了金紅石相的生成，酸解效果好。

3.粒化渣粒經(jīng)球磨機破碎得到粒徑小于0.04mm占比超過98％的鈦渣粉末，滿足硫酸法酸解需求。這是因為，采用球磨機破碎，鈦渣顆粒粒徑變小，使得鈦渣粒化顆粒中長大的黑鈦石相更容易暴露出來，在酸解工序與酸液直接接觸，酸解效果好。

4.粒化過程中會產(chǎn)生大量的水蒸氣，這部分蒸汽可以收集起來直接利用或者冷卻之后作為冷卻水循環(huán)利用。既節(jié)約了水資源，又回收了部分鈦渣余熱。

附圖說明

圖1為本發(fā)明采用的粒化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明方法的流程圖。

圖3為現(xiàn)有技術中攀鋼鈦渣生產(chǎn)工藝流程。

圖中，塞子1、容器2、轉(zhuǎn)盤4、法蘭5、環(huán)形隔板6、連接軸7、保護罩8、霧化室9、水箱10、蓄水池11、驅(qū)動電機12、變頻器13/循環(huán)泵14、酸溶性鈦渣粉末收集器15、冷卻水收集器16、除塵器17、蒸汽熱交換器18。

具體實施方式

下面對本發(fā)明作進一步詳細說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語,“上”、“下”、“豎直”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

參見圖1，一種直接粒化法生產(chǎn)酸溶性鈦渣粉末的方法，采用如下粒化裝置制備酸溶性鈦渣粉末：

所述粒化裝置包括熔融金屬注入結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)粒化系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)；

所述熔融金屬注入結(jié)構(gòu)包括耐高溫的容器2和塞子1；

所述容器2的底部具有通孔，所述塞子1與所述通過密封滑動配合，于控制所述通孔的暢通與阻塞。具體實施時，所述塞子1由手持部和阻塞部兩部分組成，為了方便手持，拔動和塞緊塞子，該手持部的直徑大于阻塞部，另外還可以在手持部上設置防滑紋，便于拔動塞子時，塞子脫手。

熔融金屬注入結(jié)構(gòu)的設置更便于注入酸溶性鈦渣，同時還有利于控制注入酸溶性鈦渣的注入速度和流量。

旋轉(zhuǎn)粒化系統(tǒng)：包括霧化室9、轉(zhuǎn)盤4、法蘭5、連接軸7、環(huán)形隔板6、驅(qū)動電機12和變頻器13；

所述霧化室9的頂部具有熔融金屬注入口，所述通孔與熔融金屬注入口同軸設置；環(huán)形隔板6設置霧化室9內(nèi)，且位于霧化室9的底部，所述環(huán)形隔板6將霧化室9的底部分成酸溶性鈦渣粉末收集器15和冷卻水收集器16兩個部分；

所述酸溶性鈦渣粉末收集器15的底部具有酸溶性鈦渣粉末排出口；

所述冷卻水收集器16的底部具有冷卻水排水口；

所述轉(zhuǎn)盤4和法蘭5位于霧化室9內(nèi)部，轉(zhuǎn)盤4固定在法蘭5的上方，轉(zhuǎn)盤4與熔融金屬注入口相對設置；

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)盤4為頂部直徑大于底部直徑喇叭狀結(jié)構(gòu)。方便位于轉(zhuǎn)盤4內(nèi)的熔融金屬從轉(zhuǎn)盤頂部開口飛出，通過轉(zhuǎn)盤粒化金屬液體得到的金屬顆粒，顆粒均勻，球形度好，另外，通過轉(zhuǎn)盤粒化金屬液體制備金屬顆粒，可以通過調(diào)節(jié)金屬液體流量、轉(zhuǎn)盤直徑以及轉(zhuǎn)速大小來控制顆粒的尺寸，滿足生產(chǎn)需要。

該轉(zhuǎn)盤4底部的外側(cè)具有一圈裙邊，裙邊上具有多個安裝孔。裙邊和安裝孔的設置主要是為了更好、更穩(wěn)固地將轉(zhuǎn)盤固定在法蘭上，盡可能地防止轉(zhuǎn)盤和法蘭發(fā)生相對轉(zhuǎn)動或移動。

所述連接軸7設置在法蘭5的下方，且其頂部與法蘭5固定連接；

所述驅(qū)動電機12與連接軸7連接，驅(qū)動連接軸7沿其中心軸轉(zhuǎn)動；

為了防止冷卻水對連接軸7的腐蝕，還可以增加保護罩8，該保護罩8將整個連接軸7完全罩住，從而防止冷卻水與連接軸7接觸。實施時，保護罩8上具有連接軸7頂部穿過的通孔，并在保護罩8頂部的通孔與連接軸7之間設置密封圈，使保護罩8頂部的通孔與連接軸7之間密封可轉(zhuǎn)動配合，從而保證驅(qū)動電機12帶動連接軸7轉(zhuǎn)動時，保護罩8不轉(zhuǎn)動，同時保證冷卻水不會進入保護罩8內(nèi)。具體實施時，為了方便操作，保護罩8可以同時將連接軸7和驅(qū)動電機12一并罩住。

所述變頻器13與驅(qū)動電機12連接，用于控制驅(qū)動電機12的轉(zhuǎn)速；變頻器13的設置主要是為了更加方便調(diào)節(jié)驅(qū)動電機12的轉(zhuǎn)速，從而可以調(diào)整轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速。

冷卻系統(tǒng)：包括冷卻水和冷卻水噴出件；

所述冷卻水噴出件為一根環(huán)形水管；

所述環(huán)形水管固定在霧化室9頂壁的內(nèi)側(cè)，且環(huán)形水管形成的環(huán)形與轉(zhuǎn)盤4為同心圓；

環(huán)形水管所形成的環(huán)形直徑小于所述環(huán)形隔板6圍成的環(huán)形的直徑；

所述環(huán)形水管的下方具有出水縫隙；所述出水縫隙沿環(huán)形水管周向一圈；

冷卻水通過環(huán)形水管的下方的出水縫隙噴出形成水霧，將從轉(zhuǎn)盤4頂部飛濺出來的酸溶性鈦渣顆粒冷卻；

水循環(huán)系統(tǒng)：包括水箱10、蓄水池11和循環(huán)泵14；

所述蓄水池11的進水口與冷卻水排水口連通，蓄水池11的出口通過管道與水箱10的冷卻水進口連通，所述循環(huán)泵14安裝在所述管道上；

所述水箱10設置在霧化室9的頂部，水箱10的冷卻水出口與環(huán)形水管連通；

作為優(yōu)化，所述水循環(huán)系統(tǒng)還可以包括除塵器17和蒸汽熱交換器18；

所述除塵器17的進氣口與霧化室9的頂部連通，除塵器17的出氣口與蒸汽熱交換器18的進氣口連通，蒸汽熱交換器18的出氣口與蓄水池11的連通。粒化過程中會產(chǎn)生大量的低溫水蒸氣，溫度一般為100～160℃。這部分蒸汽收集起來直接利用或者冷卻之后作為冷卻水循環(huán)利用，節(jié)約成本；

制備酸溶性鈦渣的步驟如下：

s1：開啟冷卻系統(tǒng)：所述環(huán)形水管下方的出水縫隙噴出冷卻水，在轉(zhuǎn)盤4的周圍形成以轉(zhuǎn)盤為中心的環(huán)形水幕；實施時，環(huán)形水幕的位于轉(zhuǎn)盤邊緣到霧化室9內(nèi)壁之間距離一半位置處，可適當調(diào)整。環(huán)形水幕的厚度可根據(jù)冷卻水流速確定，鈦渣粘接溫度低，顆粒粒徑以及大飛行速度快都需要較大的冷卻水量，在冷卻水流速一定的情況下，就需要水幕厚度較大。

s2：啟動旋轉(zhuǎn)粒化系統(tǒng)，通過變頻器13控制驅(qū)動電機12的轉(zhuǎn)速，從而設定轉(zhuǎn)盤4的轉(zhuǎn)速；

s3：電爐鈦渣出渣溫度一般為1600℃～1700℃，熔融鈦渣到達轉(zhuǎn)盤，拔出塞子1，酸溶性鈦渣從容器2底部的通孔落入轉(zhuǎn)盤4，隨著轉(zhuǎn)盤4的轉(zhuǎn)動，在離心力的作用下酸溶性鈦渣分裂成小的熔滴，熔滴飛離轉(zhuǎn)盤4的邊緣，在飛行途中穿過所述環(huán)形水幕，冷卻、凝固成鈦渣顆粒；

所述鈦渣顆粒的直徑在1-4mm之間，鈦渣顆粒的粒徑在1～4mm，不僅可以降低鈦渣的氧化程度，還有利于黑鈦石相聚集長大。具體實施時，可根據(jù)鈦渣流量、鈦渣溫度、轉(zhuǎn)盤直徑以及轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速來控制顆粒粒徑。因為，鈦渣流量的減小、鈦渣溫度的升高、轉(zhuǎn)盤直徑的增大以及轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的增大都會導致鈦渣粒化顆粒粒徑的減小。例如：鈦渣溫度1650℃，鈦渣流量6×10^{^-6}m³/s，轉(zhuǎn)盤直徑為110mm條件下，當轉(zhuǎn)速為600～1500rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)，得到的80％以的鈦渣顆粒粒徑為1mm。

鈦渣顆粒穿過環(huán)形冷卻水幕，顆粒表面迅速冷卻，可以抑制金紅石相的生成，利于制備酸溶性鈦渣；

s4：進過步驟s3形成的酸溶性鈦渣顆粒飛向霧化室9的內(nèi)壁，然后下落至酸溶性鈦渣粉末收集器15中；

鈦渣顆粒穿過環(huán)形冷卻水幕之后，溫度降到粘接溫度以下，并飛向粒化爐的側(cè)壁，鈦渣顆粒和冷卻水在粒化爐的底部分別進行收集。鈦渣顆粒無需脫水、烘干等工序，可以降低酸溶性鈦渣成本；

s5：所述步驟s4得到的鈦渣顆粒經(jīng)球磨機破碎得到粒徑小于0.04mm占比超過98％的鈦渣粉末，滿足硫酸法酸解的要求。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。