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攀西地区具有丰富的钛资源,由于通过选矿得到的钛铁矿精矿品位低,Ca、Mg含量高,不能作为氯化法生产钛白的原料。碳热还原-氮化法制备的富钛料在氯化工艺上能显著降低氯化温度、节约生产成本,保证整个氯化工艺顺行,能较好地满足氯化法生产钛白的原料要求。本课题以攀枝花钛铁矿为原料,对碳热还原-氮化法制备TiN、TiC以及Ti-C-N体系的富钛料进行了系统的基础研究。首先,对铁铁矿可能发生的碳氮化还原反应进行了热力学、配碳量及平衡组分等理论分析。然后,通过造球实验研究了钛铁矿内配碳球团造球工艺,得出了最佳造球工艺参数。并且,运用X射线衍射仪、光学显微镜等测试方法,系统地研究了钛铁矿碳热还原-氮化过程中温度、保温时间、氮气流速、配碳量等对氮化过程的影响。最后,采用数值模拟法分析了整个氮化反应系统,研究了不同氮气流量下反应器内部温度场的分布情况以及氮气流量对温度场的影响。研究表明,通过FeTiO3内配碳高温还原氮化过程热力学和平衡组分等分析得出:FeTiO3内配碳高温还原氮化制备TiN的路径为FeTiO3→TiO2→Ti3O5→TiN,温度控制在1250℃以下。制备TiC的路径为FeTiO3→TiO2→TiC,温度控制在1200℃左右,此温度下同时会发生FeTiO3→TiO2→Ti3O5→TiN;钛铁矿内配碳造球实验研究得出:钛铁矿内配造球工艺对成球影响因素最大的是PVA浓度。最佳造球工艺参数为PVA浓度为0.4%,加水量为4%,成球压力为5MPa;钛铁矿碳热-氮化实验研究得出:在反应初始阶段基本上是由TiO2生成TiC为主,C原子的含量在Ti N(C)体系中占主要部分。随着保温时间延长,钛铁矿中Ti被还原更彻底,同时生成的TiN(C)随保温时间延长,N原子在碳氮化体系中的含量增高。氮气流速从0.085m/s到0.17m/s时,钛铁矿碳氮化效果明显变好,氮气流速增加到0.21m/s时,体系中Fe2TiO5的还原受到抑制。并且,配碳量的增加能够明显提高Fe2TiO5的还原,配碳量增加至3.0时,还原氮化产物TiN(C)中Ti和C的含量增加,但产物中N的含量明显减少;钛铁矿碳热还原-氮化制备富钛料的数值模拟得出:在氮化实验过程中,氮气流速过大对整个坩埚内部氮气分布以及自由流动区域有较大的影响,导致局部区域氮气浓度不足,氮化效果不理想;在氮气高速区域,以入口位置为中心,一定直径的圆形区域(直径大小由流速确定)存在明显的低温区,温度由内向外增加,随着反应时间进行,整个坩埚内部温度场都会受到氮气进入而降低。