Produção de ferrotitânio: matérias-primas, recuperação e métodos tecnológicos básicos
Ferrotitânio (FeTi)produzido a partir de matérias-primas contendo titânio, que, após redução, são utilizadas para produzir uma liga de ferro e titânio. Os principais tipos de materiais de partida sãominério de ferro de titânio (ilmenita, FeTiO₃),rutilo (TiO₂)Esucata de titânio, incluindo titânio e ligas de titânio, como Ti-V-Al. Ao contrário das matérias-primas de óxido, a sucata de titânio não requer redução química e pode ser processada por fusão.
A escolha do agente redutor é de grande importância para a qualidade do ferrotitânio final.TiO₂ é um óxido quimicamente estávelPortanto, diferentes processos de redução levam a produtos diferentes e requerem condições de processo correspondentes.
1. Redução de TiO₂ com carbono
Durante a recuperaçãoCarbono TiO₂Em altas temperaturas, não é possível obter diretamente o titânio metálico. Em vez disso, é formadocarboneto de titânio (TiC).
Portanto, o método do carbono pode levar à obtençãoferrotitânio com alto teor de carbono. O alto teor de carbono limita o uso deste material em processos siderúrgicos onde o teor de C deve ser rigorosamente controlado.
É por isso que o processo-térmico de carbono tem suas limitações em comparação ao método aluminotérmico.
2. Redução térmica de silício de TiO₂
RecuperaçãoTiO₂ silícioem si é difícil. No entanto, adicionandoCaO como fluxopromove a reação de redução.
Neste caso, o titânio e o silício podem formarsilicietos de titânioPortanto, o ferrotitânio resultante é caracterizado por um maior teor de silício.
Assim, o processo térmico do silício pode ser utilizado para produzir ferrotitânio quando um certo nível de silício no produto final for aceitável.
3. Redução aluminotérmica
Alumínioé capaz de reduzir TiO₂ para formar titânio. Contudo, para que a reação prossiga com sucesso, é importante manter a proporção correta entre agente redutor e matéria-prima.
Se a quantidade de alumínio estiver abaixo do nível estequiométrico calculado, podem formar-se quantidades significativas.TiO.
O TiO é um composto mais estável que o TiO₂ e sua redução adicional com alumínio é difícil. Neste caso, o TiO pode passar para a escória e interagir com componentes de óxido, incluindoAl₂O₃ e SiO₂.
Portanto, no processo aluminotérmico é utilizadoCaO. Promove a formação de um sistema de escória adequado e ajuda a prevenir o acúmulo indesejado de TiO na escória, ao mesmo tempo que promove uma recuperação mais completa de matérias-primas contendo titânio.
4. Por que a ilmenita é mais conveniente de restaurar do que o TiO₂ puro?
Ao comparar diferentes tipos de matérias-primas, uma vantagem importanteilmenita (FeTiO₃)é que sua redução aluminotérmica é mais fácil do que a redução do TiO₂ puro.
A adição de CaO tem efeito positivo semelhante no processo, promovendo a formação de uma fase de escória adequada e melhorando as condições de recuperação.
É por issoredução aluminotérmica de concentrado de titânioé considerada a principal rota industrial para a produção de ferrotitânio.
O produto resultante é diferentebaixo carbono, entretanto, o teor de alumínio e silício pode ser maior. Portanto, na escolha do ferrotitânio, é necessário levar em consideração não só o teor de Ti, mas também os níveisAl, Si e Cde acordo com os requisitos de uma classe de aço específica.
5. Métodos básicos de produção de ferrotitânio
Com base nas características das reações de redução, a produção industrial de ferrotitânio pode ser dividida em quatro áreas principais:
Método aluminotérmico
Usado como agente redutoralumínio, e CaO é usado para formar um sistema de escória adequado.
Principais características:
- baixo teor de carbono;
- teor de alumínio relativamente alto;
- possivelmente aumento do teor de silício;
- amplamente utilizado para produzir ferrotitânio para siderurgia.
Método eletrossilício-térmico
Neste processo, a restauração é realizada com a participação desilício em um forno elétrico. O uso de CaO promove a reação de redução.
A principal característica do produto é a capacidade de obterferrotitânio com alto teor de silício.
Método eletrocarbono-térmico
Usado como agente redutorcarbono, e o processo é realizado em alta temperatura em forno elétrico.
Como a redução do TiO₂ pelo carbono é acompanhada pela formaçãoTiC, o produto final pode ter um teor de carbono mais elevado.
Refusão de sucata de titânio
Sucata de titânio e resíduos de ligas de titânio, incluindo materiais à base deTi-V-Al, não requerem redução de óxido.
Essas matérias-primas podem ser processadas porfundir novamente, o que permite que materiais contendo titânio retornem ao ciclo de produção.
6. Comparação dos principais métodos
| Método | Agente redutor básico | Característica principal do produto |
|---|---|---|
| Aluminotérmico | Al+CaO | Baixo teor de C, maior Al e Si |
| Eletrosilício térmico | Si | Maior teor de Si |
| Eletrocarbono-térmico | C | Maior teor de C devido-à formação de TiC |
| Derretimento de sucata | Não obrigatório | Reciclagem de metal Ti e ligas de titânio |
Assim, a escolha da tecnologia afeta diretamente a composição química do ferrotitânio. Se o teor de carbono precisar ser minimizado, o processo aluminotérmico pode ser vantajoso. Se um determinado teor de silício ou carbono for aceitável, outros métodos também podem ser utilizados dependendo dos requisitos do produto final.
7. O que procurar ao escolher o ferrotitânio?
Para as siderúrgicas, não basta considerar apenas o teor nominal de titânio. Na compra do ferrotitânio é necessário verificar toda a composição química do material, incluindo:
- Teor de Ti - titânio;
- Al - teor de alumínio;
- Si - teor de silício;
- C - teor de carbono;
- Teor de fósforo P -;
- Teor de enxofre S -.
Também é necessário concordartamanho das peças, requisitos de embalagem e condições de controle de lote.
Para processos siderúrgicos críticos, recomenda-se solicitar um certificado de análise para cada lote para garantir que a composição química seja estável e que o material atenda aos requisitos do tipo de aço específico.
Conclusão
Produçãoferrotitâniocom base na redução de óxidos contendo titânio ou no processamento de sucata metálica de titânio. ComportamentoTiO₂ao interagir com diversos agentes redutores, determina as características de cada rota de produção.
A redução de carbono produzTiC, o que leva ao aumento do teor de carbono. A redução térmica do silício usando CaO pode levar à formação de ferrotitânio com maior teor de silício. Na redução aluminotérmica, o controle da quantidade de alumínio e a utilização de CaO são importantes para evitar a formação e acúmulo de TiO na escória.
Desdeilmenita (FeTiO₃)é reduzido pelo alumínio mais facilmente do que o TiO₂ puro,método aluminotérmicoé o principal método industrial para a produção de ferrotitânio. Junto com ele eles são usadosmétodos eletrossilício-térmicos, eletrocarbono-térmicos e refusão de sucata de titânio.
Em última análise, a escolha do método de produção é determinada pelo conteúdo requeridoTi, Al, Si e C, as características da matéria-prima e os requisitos do uso final do ferrotitânio.