一種低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法技術

本發明專利技術提供了一種低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，其利用預氧化含鈦鐵礦物原料并添加碳質還原劑以及Na2SO4、FeS等熔融還原催化劑還原生產生鐵和高鈦渣產品，與傳統電爐冶煉鈦渣工藝相比，能夠在較低的1200~1500℃的溫度環境下還原20~40分鐘得到產物，還原速度更快，能耗更低，降低了成本，達到了高效低耗低成本分離生鐵和鈦渣的目的，同時還提高了對鐵元素的金屬化回收率，也使得得到的高鈦渣的品位更高，且還原過程的尾氣主要成分為CO，能夠加以回收再利用，進一步的節省還原加熱能耗；由此，本發明專利技術為生產高鈦渣提供了一種新工藝，解決了現有技術中制備高鈦渣工藝復雜、生產效率低、成本高昂、能耗大等問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及冶金化工
，具體涉及一種低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法。
技術介紹
鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。過去的幾十年，世界各國致力于開發新的低成本鈦冶煉工藝。儲量豐富的鈦鐵礦是金屬鈦或鈦白粉生產的主要原料，但其品位低，必須先經過富集處理為品位較高的富鈦料。可見，富鈦料的制備已成為鈦工業生產過程的重要環節。目前在工業生產中，對鈦鐵礦的利用主要是采用電爐熔煉法，該方法首先將鈦鐵礦與煤或焦炭在電爐中熔煉，電爐加熱至1700℃以上，冶煉8個小時左右使鈦鐵礦中的鐵氧化物還原為金屬鐵，在爐中實現渣鐵分離，從而獲得生鐵和高鈦渣，由于還原溫度高、時間長，因此綜合能耗較高。并且，由于在爐中實現渣鐵分離，為了保證所得渣料的流動性，必須保持渣中含有持8~12%的FeO，一方面使得所得高爐渣的品位偏低，另一方面也導致了鐵元素的金屬化率不足，影響了對鐵元素的回收率。可見，傳統的電爐冶煉工藝制備高鈦渣的方法存在著工藝復雜、成本高、能耗大等諸多問題，因此亟需一種新的低成本、低能耗、高效率的高鈦渣制備工藝。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述不足，本專利技術的目的在于提供一種低能耗、高效率的低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，以解決現有電爐冶煉工藝制備高鈦渣存在的工藝復雜、生產效率低、成本高昂、能耗大等問題。為實現上述目的，本專利技術采用了如下的技術方案：一種低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，包括如下步驟：1）將含鈦鐵礦物原料進行破碎處理，得到含鈦鐵礦物粉末備用；2）對含鈦鐵礦物粉末進行氧化處理，得到含鈦鐵礦物粉末氧化物；3）在含鈦鐵礦物粉末氧化物中添加碳質還原劑和熔融還原催化劑，并混合均勻后造球，得到混合料球團；4）將混合料球團放入還原爐中，并向還原爐內持續通入防氧化保護氣體，在1200~1500℃的溫度下進行還原，還原時間為20~40分鐘，并在還原處理過程中回收尾氣；5）還原完成后，對還原后所得的高鈦渣粗品進行冷卻處理，使得高鈦渣粗品冷卻至室溫；6）將冷卻后的高鈦渣粗品經破碎后進行磁選分離，去除其中的金屬鐵，得到高鈦渣產品。上述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，作為優選方案，所述含鈦鐵礦物原料為鈦精礦、鈦鐵礦、鈦鐵精礦或釩鈦磁鐵礦，且其中TiO2的質量百分含量大于30%。上述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，作為優選方案，所述步驟1）中，要求破碎所得鈦鐵礦物粉末中粒度在小于100目的顆粒占總重量的80%以上。上述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，作為優選方案，所述步驟2）中，對含鈦鐵礦物粉末在溫度為600~1100℃的氧化氣氛環境中進行氧化處理，氧化時間為20~80分鐘，且氧化氣氛環境中氧氣的體積百分含量占20%以上。上述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，作為優選方案，所述步驟3）中所采用的碳質還原劑為煤粉或者石墨，且所加入的碳質還原劑中的碳的摩爾含量加與含鈦鐵礦物粉末中所含鐵氧化物中的氧的摩爾含量之比為1.1~1.3：1。上述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，作為優選方案，所述步驟3）中所采用的熔融還原催化劑為Na2SO4或FeS，且熔融還原催化劑的添加量為含鈦鐵礦物粉末氧化物總質量的2%~12%。上述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，作為優選方案，所述步驟3）中，混合料球團的造球粒度為10~20mm。上述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，作為優選方案，所述步驟4）中，在還原處理的過程中回收的尾氣用以進行分離處理得到一氧化碳氣體，用以作為加熱還原爐進行混合料球團還原的燃料。上述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，作為優選方案，所述步驟5）中，對高鈦渣粗品進行冷卻處理的具體方式為，向還原爐內持續通入室溫的防氧化保護氣體，直至高鈦渣粗品冷卻至室溫。上述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，作為優選方案，所述步驟5）中，對高鈦渣粗品進行冷卻處理的具體方式為，對還原所得的高鈦渣粗品水淬冷卻后進行干燥處理，得到冷卻至室溫的高鈦渣粗品。相比于現有技術，本專利技術具有如下有益效果：1、本專利技術低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，利用預氧化含鈦鐵礦物原料并添加碳質還原劑以及Na2SO4、FeS等熔融還原催化劑還原生產生鐵和高鈦渣產品，與傳統電爐冶煉鈦渣工藝相比，能夠在較低的1200~1500℃的溫度環境下還原20~40分鐘得到產物，還原速度更快，能耗更低，降低了成本，達到了高效低耗低成本分離生鐵和鈦渣的目的。2、本專利技術低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，由于Na2SO4、FeS等熔融還原催化劑的作用實現了1200~1500℃的低溫下半熔融還原的效果，同時還避免了傳統電爐冶煉工藝為了保證渣的流動性而必須在渣中保持8%~12%的FeO的方式，因此對鐵元素的金屬化率更高，鐵元素回收率更高的同時也使得得到的高鈦渣的品位更高。3、本專利技術低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法中，能夠對還原冶煉過程中產生的大量CO尾氣加以回收再利用，進一步的節省還原加熱能耗。4、本專利技術低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，為生產高鈦渣提供了一種新工藝，解決了現有技術中制備高鈦渣工藝復雜、生產效率低、成本高昂、能耗大等問題。附圖說明圖1是本專利技術低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法的流程框圖。圖2是本專利技術方法還原過程中回收的尾氣成分分析圖。圖3是本專利技術實施例一中制備所得高鈦渣粗品的XRD物相圖。圖4是本專利技術實施例一中制備所得高鈦渣粗品的SEM掃描圖。圖5是本專利技術實施例二中制備所得高鈦渣粗品的XRD物相圖。具體實施方式針對于現有工藝中采用電爐熔融冶煉制備高鈦渣，采用8~12%的FeO保持渣的流動性生產鈦渣效率低、能耗高、成本大、工藝復雜的問題，本專利技術提供了一種生產高鈦渣的新工藝，即低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法。本專利技術低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法流程如圖1所示，具體包括如下步驟：1）將含鈦鐵礦物原料進行破碎處理，得到含鈦鐵礦物粉末備用。該步驟中采用的含鈦鐵礦物原料可以是鈦精礦、鈦鐵礦、鈦鐵精礦或釩鈦磁鐵礦，且其中TiO2含量最好能夠大于30%，這樣更有利于使得所得高鈦渣產品的品位得到保證。而另一方面，通過破碎處理所得的鈦鐵礦物粉末中粒度在小于100目的顆粒最好能夠占總重量的80%以上，這樣是為了有利于后續步驟中含鈦鐵礦物原料中的TiO2以及FeO能夠較為充分地被接觸還原。2）對含鈦鐵礦物粉末進行氧化處理，得到含鈦鐵礦物粉末氧化物。含鈦鐵礦物中脈石含量多，結構致密，且多是共生礦，礦石選礦分離非常困難，造成了現有的含鈦鐵礦物冶煉工藝需要依靠1700℃以上的高溫在電爐中還原熔分8小時后得到高鈦渣產品和生鐵，造成能耗較高。針對于這一問題，本專利技術在進行還原前，先對含鈦鐵礦物粉末進行氧化處理，其作用是使得含鈦鐵礦物粉末中的晶體結構和物相發生改變，致使礦物還原變得容易，使其反應活化能降低25%以上，從而使得后期對其還原處理的溫度得到降低、時間得以縮短，提升還原反應效率。具體操作時，作為優選方案，最好對含鈦鐵礦物粉末在溫度為600~1100℃的氧化氣氛環境中進行氧化處理，氧化時間為20~80分鐘，且氧化氣氛環境中氧氣含量占20%以上本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，其特征在于，包括如下步驟：1）將含鈦鐵礦物原料進行破碎處理，得到含鈦鐵礦物粉末備用；2）對含鈦鐵礦物粉末進行氧化處理，得到含鈦鐵礦物粉末氧化物；3）在含鈦鐵礦物粉末氧化物中添加碳質還原劑和熔融還原催化劑，并混合均勻后造球，得到混合料球團；4）將混合料球團放入還原爐中，并向還原爐內持續通入防氧化保護氣體，在1200~1500℃的溫度下進行還原，還原時間為20~40分鐘，并在還原處理過程中回收尾氣；5）還原完成后，對還原后所得的高鈦渣粗品進行冷卻處理，使得高鈦渣粗品冷卻至室溫；6）將冷卻后的高鈦渣粗品經破碎后進行磁選分離，去除其中的金屬鐵，得到高鈦渣產品。

【技術特征摘要】
1.一種低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，其特征在于，包括如下步驟：1）將含鈦鐵礦物原料進行破碎處理，得到含鈦鐵礦物粉末備用；2）對含鈦鐵礦物粉末進行氧化處理，得到含鈦鐵礦物粉末氧化物；3）在含鈦鐵礦物粉末氧化物中添加碳質還原劑和熔融還原催化劑，并混合均勻后造球，得到混合料球團；4）將混合料球團放入還原爐中，并向還原爐內持續通入防氧化保護氣體，在1200~1500℃的溫度下進行還原，還原時間為20~40分鐘，并在還原處理過程中回收尾氣；5）還原完成后，對還原后所得的高鈦渣粗品進行冷卻處理，使得高鈦渣粗品冷卻至室溫；6）將冷卻后的高鈦渣粗品經破碎后進行磁選分離，去除其中的金屬鐵，得到高鈦渣產品。2.根據權利要求1所述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，其特征在于，所述含鈦鐵礦物原料為鈦精礦、鈦鐵礦、鈦鐵精礦或釩鈦磁鐵礦，且其中TiO2的質量百分含量大于30%。3.根據權利要求1所述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，其特征在于，所述步驟1）中，要求破碎所得鈦鐵礦物粉末中粒度在小于100目的顆粒占總重量的80%以上。4.根據權利要求1所述低溫還原分離含鈦鐵礦物制備高鈦渣的方法，其特征在于，所述步驟2）中，對含鈦鐵礦物粉末在溫度為600~1100℃的氧化氣氛環境中進行氧化處理，氧化時間為20~80分鐘，且氧化氣氛環境中氧氣的體積百分含量占2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂學偉，呂煒，張穎異，白晨光，李生平，胡凱，范剛強，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：重慶;50