本发明属于冶金领域，具体涉及一种用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法。
背景技术：
钛是一种重要的战略资源，钛产品在各个领域有着广泛的用途。钛白粉被用于涂料、纺织、造纸、油墨、化妆品等领域；金属钛被誉为仅次于钢铁和铝的“第三金属”，被广泛应用于航空航天、能源、武器、汽车、医疗、建筑等行业。先进的钛工业是综合国力的重要标志，大力发展钛工业对巩固国防和国民经济建设有重要的战略意义。
四氯化钛是钛及其化合物生产过程中的中间产物，是钛工业发展的重要原料。利用四氯化钛可生产高端钛白粉、海绵钛，进而生产钛及钛合金等。随着近年来钛产业的迅猛发展，对钛原料的需求日益扩大，我国虽属于钛资源大国，钛资源储量占全球钛总量的40％，居世界之首，但天然金红石与人造金红石匮乏，钛精矿产能仅能满足钛白生产需求，攀西钛铁矿生产的钛渣钙镁杂质含量较高，用来生产四氯化钛存在一定困难，因此，合适的沸腾氯化制备四氯化钛的原料仍属短缺。
含钛炉渣中除含15％～25％的tio2外，还含有大量的mgo、cao、sio2、al2o3等杂质；该种炉渣目前未得到资源化的利用，这主要是因为一方面tio2的存在使得想直接利用炉渣里的其他氧化物作为建筑材料难度变大，另一方面，钙镁等杂质含量较高使得要单独提取或利用炉渣中的tio2难度变大。该炉渣大量的堆存不但会污染环境，还会造成钛资源的严重浪费，因此，其综合利用仍然是亟待解决的难题。
如能利用该炉渣中的钛制备四氯化钛，不但可解决炉渣的利用难题，还能为钛工业的发展提供优质原料。要实现该炉渣制备四氯化钛，只能采取高温加碳沸腾氯化的工艺，该过程中钙镁杂质也会氯化引起炉料结块，堵塞筛板，影响沸腾氯化正常进行。目前的主流氯化工艺要求原料中钙镁含量不高于4％，本炉渣钙镁含量30％以上，显然不能采用常规的氯化工艺。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法，该方法以高钙镁含量的含钛炉渣原料，实现了含钛炉渣的综合利用，制备所得碳化钛渣能用于低温氯化工艺制备四氯化碳，性能优异，成本低廉。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法，该方法包括以下步骤：
a、将含钛炉渣在熔融状态下热装入电炉中，升温至1200～1500℃，加入炭质还原剂，继续升温至不小于1500℃，开始二氧化钛的转化反应；
b、当二氧化钛转化率达到不小于85％，炉渣中碳化钛含量达到9％～19％时，打开电炉出渣口，在出渣口用高压水流对液态渣进行水淬，得粒化渣；
c、粒化渣经脱水干燥、磨碎，得碳化钛渣。
其中，上述所述的用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法中，步骤a中，所述含钛炉渣中tio2含量为15％～25％，mgo含量为6～9％，cao含量为23～29％，sio2含量为21～28％，al2o3含量为12～15％。
其中，上述所述的用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法中，步骤a中，所述炭质还原剂为无烟煤、焦炭、石油焦或石墨中的至少一种。
其中，上述所述的用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法中，步骤a中，所述炭质还原剂的固定碳含量不小于80％，粒度为不大于3mm。
优选的，上述所述的用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法中，步骤a中，加入炭质还原剂，继续升温至1500～1700℃，开始二氧化钛的转化反应。
其中，上述所述的用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法中，步骤b中，所述高压水流的压力为0.2～0.5mpa。
其中，上述所述的用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法中，步骤b中，所述粒化渣的粒度为不大于3mm。
其中，上述所述的用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法中，步骤c中，所述脱水烘干为脱水烘干至粒化渣的含水量不大于5％。
其中，上述所述的用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法中，步骤c中，所述碳化钛渣的粒度为80～400目，优选100～200目。
本发明的有益效果：
本发明将含钛炉渣转化为一种可以在较低温度(500℃)下实现氯化，而钙镁又不参与氯化的碳化钛渣，一方面将炉渣中的钛变为了钛工业不可或缺的四氯化钛原料，有效利用了炉渣中的钛资源，避免了含钛炉渣直接高温氯化出现杂质元素参与反应堵塞氯化炉，工艺不顺、生产效率低下等问题；另一方面，提钛后的炉渣变成只含钙镁硅的普通冶金炉渣，可进一步用在制备建筑材料等领域，最终可实现整个含钛炉渣的资源化利用。对解决企业环保生存压力，提高资源综合利用率，促进我国钛产业的发展具有重要的意义。
具体实施方式
具体的，一种用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法，该方法包括以下步骤：
a、将含钛炉渣在熔融状态下热装入电炉中，升温至1200～1500℃，加入炭质还原剂，继续升温至不小于1500℃，开始二氧化钛的转化反应；
b、当二氧化钛转化率达到不小于85％，炉渣中碳化钛含量达到9％～19％时，打开电炉出渣口，在出渣口用高压水流对液态渣进行水淬，得粒化渣；
c、粒化渣经脱水干燥、磨碎，得碳化钛渣。
tio2含量为15％～25％的含钛炉渣由于杂质含量较多，一般杂质为mgo含量为6～9％，cao含量为23～29％，sio2含量为21～28％，al2o3含量为12～15％，不能直接采用常规的氯化工艺用于制备四氯化钛，造成了堆积，污染环境浪费资源；本发明方法以上述含钛炉渣为原料，提供了一种用于制备四氯化钛的碳化钛渣的生产方法，一方面将炉渣中的钛变为了钛工业不可或缺的四氯化钛原料，有效利用了炉渣中的钛资源；另一方面，提钛后的炉渣变成只含钙镁硅的普通冶金炉渣，可进一步用在制备建筑材料等领域，最终可实现整个含钛炉渣的资源化利用。
本发明步骤a中，热装的含钛炉渣应具备流动性，即在熔融状态下热装进入电炉中，此时炉渣的温度一般为1100～1450℃；含钛炉渣通过电炉上设置的热渣接渣口加入到电炉中。
本发明方法中电炉即为冶金过程中通过电极产生电弧加热的工业炉，含钛炉渣可通过电炉上设置的热渣接渣口加入到电炉中；维持熔渣升温和还原所需的热量来自于石墨电极通电产生的电弧热和炉渣电阻热。
本发明方法中步骤a中，炭质还原剂可选择本领域常规还原剂，如无烟煤、焦炭、石油焦或石墨等中的至少一种；炭质还原剂可以通过单独的料仓加入电炉或通过喷吹的方式喷入熔池中；为了达到高的转化率和反应速率，优选固定碳含量为80％以上，粒度不大于3mm的炭质还原剂。
为了维持高的反应速率，同时便于控制反应，步骤a中，加入炭质还原剂，继续升温至1500～1700℃，开始二氧化钛的转化反应。
从电炉排出的碳化钛渣(此时为熔融态)经渣沟流向渣池的过程中，用高压水流对液态渣进行水淬(即冲击粉碎)，从而得到粒度不大于3mm的粒化渣；为了保证粒化渣的粒度、提高水淬效果，高压水流的压力为0.2～0.5mpa；实际生产中，可在出渣口后接冲渣设备，液态渣通过冲渣水管射出的高压水流进行水淬。
本发明方法中，只将含钛炉渣中的钛转化为tic，mg、ca、si、al等杂质仍然留在炉渣中，因此将生成的碳化钛渣由电炉出渣口排出炉外后，炉内的渣为只含钙镁硅的普通冶金炉渣，可进一步用在制备建筑材料等领域，实现整个含钛炉渣的资源化利用。
为了不影响磨破效率和后期碳化渣用于制备四氯化钛的效果，步骤c中，脱水烘干至粒化渣的含水量不大于5％。
为保证后期的氯化过程获得高的收率和反应效率，磨料粒度控制在80～400目，优选100～200目，破碎后的碳化钛渣直接作为低温氯化制备四氯化钛的原料使用。
本发明中，将含钛炉渣中的钛转化为碳化钛形式，可将氯化温度由1000℃以上降至500℃左右，碳化钛渣在低温下可以直接氯化。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例处理的含钛炉渣中tio2含量为15％，mgo含量为6％，cao含量为28％，sio2含量为27％，al2o3含量为15％；
a、将上述含钛炉渣在熔融状态下1100℃热装进入电炉中，送电升温至1200℃，通过炉顶加料的方式加入还原剂(还原剂为无烟煤，粒度不大于3mm)，继续送电保证还原温度1500℃～1600℃，开始二氧化钛的转化反应；
b、当二氧化钛转化率达到85％，炉渣中碳化钛含量达到9.5％时，快速打开出渣口出渣，出渣口后接冲渣设备，热渣通过冲渣水管射出的高压水流(水压为0.25mpa)，被快速破碎至粒度不大于3mm的小颗粒化渣；
c、粒化渣经脱水干燥至含水量5％，进入破磨系统，经破磨后，得粒度为80～400目的成品碳化钛渣。
上述所得成品碳化钛渣可直接运输至低温氯化工序进一步氯化制备四氯化钛。
实施例2
本实施例处理的含钛炉渣中tio2含量为20％，mgo含量为7％，cao含量为26％，sio2含量为25％，al2o3含量为14％；
a、将上述含钛炉渣在熔融状态下1300℃热装进入电炉中，送电升温至1350℃，通过炉顶加料的方式加入还原剂(还原剂为焦粉，粒度不大于2mm)，继续送电保证还原温度1550℃～1650℃，开始二氧化钛的转化反应；
b、当二氧化钛转化率达到88％，炉渣中碳化钛含量达到13％以上时，快速打开出渣口出渣，出渣口后接冲渣设备，热渣通过冲渣水管射出的高压水流(水压为0.4mpa)，被快速破碎成粒度不大于2mm的小颗粒化渣；
c、粒化渣经脱水干燥至含水量3％，进入破磨系统，经破磨后，得粒度为100～200目的成品碳化钛渣。
上述所得成品碳化钛渣可直接运输至低温氯化工序进一步氯化制备四氯化钛。
实施例3
本实施例处理的含钛炉渣中tio2含量为25％，mgo含量为8％，cao含量为24％，sio2含量为22％，al2o3含量为13％；
a、将上述含钛炉渣在熔融状态下1450℃热装进入电炉中，送电升温至1500℃，通过喷吹加料的方式加入还原剂(还原剂为石墨，粒度不大于1mm)，继续送电保证还原温度1600℃～1700℃，开始二氧化钛的转化反应；
b、当二氧化钛转化率达到95％，炉渣中碳化钛含量达到18％时，快速打开出渣口出渣，出渣口后接冲渣设备，热渣通过冲渣水管射出的高压水流(水压为0.5mpa)，被快速破碎成粒度不大于1mm的小颗粒炉渣；
c、粒化渣经脱水器脱水至含水量15％，再由烘干器烘干至含水量5％后，进入破磨系统，经破磨后，得粒度为80～300目的成品碳化钛渣。
上述所得成品碳化钛渣可直接运输至低温氯化工序进一步氯化制备四氯化钛。