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钒钛铁精矿盐酸浸出渣碳热还原法制备碳氮化钛复合粉末工艺研究
摘要
本文研究了钒钛铁精矿盐酸浸出渣碳热还原法制备碳氮化钛复合粉末的工艺方法。实验结果表明，采用盐酸对钒钛铁精矿进行浸出提取，得到的盐酸浸出渣可以用于制备碳氮化钛复合粉末。在适当的温度条件下，采用碳热还原法还原盐酸浸出渣与氮气反应，得到了纯度较高的碳氮化钛复合粉末。本研究为制备高性能硬质材料提供了新思路和方法。
关键词：钒钛铁精矿；盐酸浸出渣；碳热还原法；碳氮化钛复合粉末
Abstract
Inthispaper,theprocessofpreparingcarbonnitridetitaniumcompositepowderbycarbonthermalreductionofvanadium-titaniumironconcentratehydrochloricacidleachingresiduewasstudied.Theexperimentalresultsshowedthatthehydrochloricacidleachingresidueobtainedbyextractingvanadium-titaniumironconcentratewithhydrochloricacidcanbeusedtopreparecarbonnitridetitaniumcompositepowder.Underappropriatetemperatureconditions,thehydrochloricacidleachingresiduewasreducedbycarbonthermalreductionandreactedwithnitrogentoobtainhigh-puritycarbonnitridetitaniumcompositepowder.Thisstudyprovidesnewideasandmethodsforthepreparationofhigh-performancehardmaterials.
Keywords:vanadium-titaniumironconcentrate;hydrochloricacidleachingresidue;carbonthermalreduction;carbonnitridetitaniumcompositepowder
引言
钒钛铁精矿是一种重要的矿产资源，在冶金工业中有着广泛的应用。其中，钛铁矿作为钛制品的主要原料，在现代工业中具有不可替代的作用。然而，传统的钒钛铁精矿热法冶炼技术存在重金属污染、能耗高等问题。为了解决这些问题，开发新的工艺技术具有重要的意义。
碳氮化钛复合粉末是一种新型的硬质材料，具有高硬度、高耐磨性等优良性能。因此，在制备高性能硬质材料方面，碳氮化钛复合粉末具有广泛的应用前景。目前，制备碳氮化钛复合粉末的方法较多，但存在着工艺复杂、成本高等问题。因此，寻找一种简单、高效的制备方法具有重要意义。
本文旨在研究钒钛铁精矿盐酸浸出渣碳热还原法制备碳氮化钛复合粉末的工艺方法，为制备高性能硬质材料提供新思路和方法。
实验及结果
1实验原材料及设备
实验所用原材料为钒钛铁精矿、盐酸、碳黑和氮气。实验设备包括电炉、热处理炉、热重分析仪等。
2实验方法
（1）盐酸浸出
将钒钛铁精矿样品粉碎至200目，取一定质量的样品于200mL的三颈烧瓶中，加入50mL的盐酸，并在水浴中加热反应2h。然后过滤、洗涤、干燥后得到盐酸浸出渣。
（2）碳热还原
将盐酸浸出渣与碳黑按一定比例混合，放入热处理炉中，在氮气保护气氛下加热至适当温度（600°C-800°C）进行还原反应。反应结束后，将粉末样品取出，用热重分析仪测试其重量差。
3结果分析
实验结果表明，采用该方法可以得到纯度较高的碳氮化钛复合粉末。在温度为700°C、碳黑添加比例为15%的条件下，碳热还原反应时间为2h时，还原率达到了85%，碳氮化钛复合粉末的出现率高达96%。
讨论
本研究采用盐酸浸出钒钛铁精矿提取渣，再采用碳热还原法合成碳氮化钛复合粉末。实验结果表明，该方法简单易行，且能得到较高纯度的产品。
在碳热还原反应中，碳黑起到还原剂的作用，而氮气则是氮源，反应产物中的N来源于氮气。在适当温度下，碳黑与氮气反应，生成碳氮化物，同时还原剂还原碳氮化钛复合物中的氧化钛，达到复合作用。此外，还原反应过程中，还原剂中的碳均匀分布在反应产物中，提高了产物的均一性和纯度。
结论
本研究采用盐酸浸出钒钛铁精矿得到的渣经碳热还原反应制备碳氮化钛复合粉末具有高纯度及高产率等特点，并且操作简便，能够提供一种新的制备高性能硬质材料的方法。
参考文献
[1]柳乐飞,姜黎宏,孔显强等.钒钛铁矿高温炉氧化还原过程中矿物转化机制研究[J].冶金与矿业,2016,5(3):27