钛铁渣制备含TiCN复合材料及其反应动力学

郭梦真 梁永和 聂建华 蔡曼菲 冯 立 鞠茂奇 刘艳丽 姜广森 刘梦玄

1）武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室 湖北武汉430081

2）锦州国泰实业有限公司 辽宁锦州121000

钛铁渣是冶炼钛铁合金产生的废渣，一般渣与合金的质量比约为1∶1，生成量相当大［1］。钛铁渣的主要物相为六铝酸钙（CA6）、二铝酸钙（CA2）和钛酸钙（CaTiO3），耐火度（≥1 790℃）高［2］。目前，针对钛铁渣的应用研究主要是将其用于耐火材料的原料以进行固废利用，降低生产成本［3］。但钛铁渣中的钛仍未被合理利用，造成了含钛资源的极大浪费。

TiCN是TiN与TiC形成的连续固溶体，具有高熔点、高强度、抗氧化、高硬度以及良好的导电性和化学稳定性等优异性能［4－5］，被广泛应用于切削刀具［6－7］、耐磨涂层［8］和耐火材料［9－10］等。有研究［11－13］指出，含钛高炉渣可经碳热还原氮化法制备TiCN，再结合磁选或酸浸等手段提取TiCN，从而实现钛铁渣的提钛利用。而含钛高炉渣中的钛主要以CaTiO3形式存在，与钛铁渣相同，故以钛铁渣为原料制备含TiCN复合材料是有据可依的，但关于这方面的研究还没见相关报道。因此，以钛铁渣为原料，通过碳热还原氮化法来制备含TiCN的复合材料，探究制备条件对反应产物的影响，并计算了反应的动力学参数，以期为钛铁渣进行高效利用提供参考。

1 试验

1.1 原料

试验所采用的主要原料为：SiO2粉（分析纯）、≤0.074 mm（即200目）的钛铁渣和焦炭。钛铁渣的主要化学组成（w）为：Al2O373.01%，TiO212.58%，CaO 10.40%，MgO 1.80%，Fe2O30.74%，SiO20.61%，Na2O 0.29%。图1为钛铁渣的XRD图谱，表明钛铁渣中的主要物相为CA6、CA2、CaTiO3和Al2O3。

图1 钛铁渣的XRD图谱Fig.1 XRD pattern of ferrotitanium slag

1.2 试样制备

试验配方如表1所示。……