CN103695631A - 一种钛铁氧化矿的选矿富集工艺 - Google Patents

Abstract

本发明一种钛铁氧化矿的选矿富集工艺，步骤为：首先将含钛渣原料配碳后进行预处理，在氩气保护的高温气氛下进行碳热还原，使其中的含钛组分转变为富钛相物质；对还原产物破碎后进行超声分散并进行磁选除铁的操作，使物料中各物相尽可能分散，至此得到浮选原料；浮选过程采用粗选加精选的工艺，矿浆pH值用调整剂调至1~5，浮选药剂按20~100mg/g浮选料的比例加入浮选设备中，搅拌混匀后进行多次浮选，最终在浮选上部可得到品位高达92.14%的富钛相物质Ti₂CO，尾矿中Ti₂CO品位仅为7.21%。

Description

一种钛铁氧化矿的选矿富集工艺

技术领域

    本发明涉及一种将钛铁氧化矿通过选矿的方法来实现其物相组成分离并富集的新工艺，该具体过程是利用可控深度还原先将钛铁氧化矿中的钛物质转变成碳氧化钛或碳氮氧化钛等富钛相成分，再将此富钛相还原产物进行破碎、粗选以及选择性浮选，以此来实现碳氧化钛或碳氮氧化钛与渣相脉石成分的高效分离，最终得到的高品位富钛相物质可供现有的一些炼钛工艺作为原料进行金属钛的冶炼或钛产品的生产。

 

背景技术

钛铁氧化矿，如我国攀西地区、河北承德地区的钒钛磁铁矿，其储量丰富、资源巨大，目前主要应用于大规模工业化炼铁生产。现有炼铁生产流程主要采用碳热还原法制铁的工艺路线和工艺条件，即通过高炉或电炉冶炼环节将钛铁氧化矿中的铁还原成铁水，以此作为后续炼钢环节中的主要原料，而在此冶炼过程中，伴随着会产生大量的副产物废渣，因炉料和冶炼技术水平的差异，一般炼铁过程的渣铁比为0.3-1.0（即产出1吨铁时最高能同出1吨渣）。数量如此巨大的废渣，由于其较难处理，在我国一般被加工成水渣、矿渣碎石、膨胀矿渣和矿渣珠等经济价值较低的建材用料。废渣中包含了大量的富钛矿相，富含了20%以上的钛矿物（以TiO₂计），这一我国特有、储量巨大的二次钛资源基本上随着渣一起堆弃存放或廉价处理，一直以来无法得到高效的综合利用。显然，这对我国丰富、特殊的钛资源造成了巨大的浪费。

如何对现有的生产工艺流程进行改进或对产生的含钛渣进行充分有效的利用，对我国钛资源高效利用问题的进一步解决具有重大意义。围绕这些问题目前已经开展了很多积极的探索和研究工作，其中采用氯化法、硫酸法来回收其中的钛是较具工业开发价值的工艺路线，但是由于作为原料的钛渣中含钛品位较低，脉石成分居多，使得直接采用此两种方法进行处理时，会出现整个处理过程中物流量巨大，导致大量消耗原辅材料，因此从技术的经济成本角度来考虑，会发现这些工艺并不划算。不仅如此，现有工业上利用以上两种方法来回收处理钛渣，还存在着钛回收利用率不高、大量钛资源被废弃、环境污染等问题。

 

发明内容

本发明公开了一种新工艺方法，可显著改善现有钛铁氧化矿处理方法中对钛提取利用较低的现状，可明显提高对其中钛资源的利用效率。本发明公开的核心技术在于采用合适的热还原预处理工艺，以及利用合适的浮选药剂采用浮选方法来实现钛铁氧化矿中钛成分的分离和富集。该核心技术主要包括浮选药剂的选择和搭配、为了方便浮选药剂分离效果的发挥而需进行的矿物预处理加工工序包括可控碳热还原、破碎筛分等相关的浮选工艺实施所需匹配的合适工艺技术。

本发明的技术方案如下：一种钛铁氧化矿的选矿富集工艺，具体包括以下步骤：

步骤1.含钛渣原料的预处理:

将含钛渣原料在振动磨中首先进行破碎，把得到的颗粒原料放入球磨罐中，通过配碳量计算加入足量的石墨粉，以保证后续过程的深度还原，配料完毕后，将球磨罐放入行星式球磨机中，球磨2~8小时,将球磨得到的均匀细化粉末按固液比20-40:1加入水，并在压块机中压制成型；

步骤2.选择性还原过程：

将步骤1压制得到的成型块体料放入石墨坩埚中，并置于高温炉内，可保持炉内处于敞开空气气氛或持续充入氩气使整个环境处于流动气氛中，缓慢升温至1200~1700℃，保温2~8小时，待其冷却至室温后即可取出还原产物，因控制气氛、温度等条件的不同，最终会使原料中的钛组分还原成碳氧化钛或碳氮氧化钛等富钛相物质；

步骤3.还原产物的分散及磁选：

将步骤2得到还原后得到的块体产物利用振动磨、球磨机等进行破碎、湿磨、细化工序，得到平均粒径为-200目~ +400目的粉末料，将该湿化粉磨料置于超声仪器中进行超声分散，超声处理时间为30~60分钟；最后，利用可处理环形循环流动原料的磁选设备进行磁选分离，该步骤主要是为了除去掺杂于料中的铁相组分，降低对后续分选环节的不利影响；

步骤4.浮选料的处理：

将上述步骤处理完毕后的料加水进一步进行调浆处理，再加入pH调整剂进行浮选料表面电位的调节，控制溶液pH值至1~5，将浮选药剂按20~100mg/g浮选料的比例加入浮选设备中，搅拌混合3~5分钟，备用；其中，所述浮选药剂为黄药、水杨羟肟酸、月桂酸、环烷酸、塔尔油、曲拉通X-100、六偏磷酸钠或油酸及其它脂肪酸或油酸钠及其它可水溶性盐中的一种或多种；

步骤5.浮选分离过程：

将步骤4得到的步骤处理完毕的矿浆进行浮选分离，首先通过粗选1~2次即可得到富钛相粗选矿，再对其进行5~10次的精选分离操作，最终可获得碳氧化钛或碳氮氧化钛等富钛相精矿。

进一步，所述包括盐酸、硫酸、氢氧化钠或碳酸钠。

本发明浮选药剂主要以黄药、水杨羟肟酸、月桂酸、环烷酸、塔尔油、曲拉通X-100、六偏磷酸钠、油酸及其它脂肪酸或油酸钠及其它可水溶性盐中的一种或多种为主要成分，同时也可根据浮选工艺指标的需要而添加合适的其他起泡剂、抑制剂、分散剂等浮选药剂成分，以此来更好地发挥出以上浮选主要药剂的分选效果。

本发明核心技术公开内容的第二部分是有关合适于以上浮选药剂高效选择性浮选分离的钛矿物成分物相的构造，核心的技术诀窍在于对钛铁氧化矿进行碳热还原的时候，就能够将还原过程控制在合适的进行程度。具体地，在现行生产工艺技术路线上，即通过高炉或电炉等设备将氧化铁成分碳热还原成铁水之后，得到的熔融含钛渣（还含有少部分的铁）转移到另一专门的高温炉中，在其中控制反应器的氧势及碳势，使熔融渣中的氧化钛成分继续深度还原，转化成为碳氧化钛或碳氮氧化钛富钛相产物。然后出炉，将其中残余在炉底的铁水空出到铁车间，而将富含碳氧化钛或碳氮氧化钛的渣产物通过高压水冷淬成较细小的颗粒，再经过破碎、细磨解离，使其中的碳氧化钛或碳氮氧化钛晶粒与较软质的钙镁硅铝氧化物渣相成分充分地解离、分开，处于分散状态，以利于后续的选矿分离回收。

将以上充分解离分开的物料，首先利用磁选手段分离出去其中的铁质成分，然后再将磁选后的非磁性物料通过加水、调浆、调整pH等预处理，按照合适的比例加入浮选药剂，通过鼓泡、刮收等一般工业上普遍采用的浮选技术进行浮选分离富集操作，最终可得到碳氧化钛或碳氮氧化钛产物相富集的产物，而浮选残余物则是钙镁硅铝氧化物渣相组分为主的脉石杂质成分。

以上公开的发明技术，显著地提高了对渣中钛组分的高效回收和富集，所得到的碳氧化钛或碳氮氧化钛产物相富集的产物中含富钛相物质可达到90%以上品位，若用于氯化法、硫酸法以及其他后续精制钛化工产品的原料，可望大大提高这些精制工艺的技术经济指标，显著提高现有工业主流生产路线对钛组分利用效率低的现状，对我国钛铁氧化矿产资源的综合金属资源利用提供了很好的指导。

本发明的有益效果是：采用上述技术方案，不仅工艺流程简单，工艺参数稳定，生产成本低，无毒污染小，并且可广泛适用于从多种品位的含钛铁矿、废渣中回收出高纯的富钛相物质。通过采用本发明的选矿富集工艺可以使目前现有的大量含钛废弃渣资源得到有效的回收利用，这不仅可以缓解钛资源的日益缺失，更为主要的是有望为钛冶金技术的革新发展提供一条新的途径，通过利用本方法得到的富钛相物质，来作为一些炼钛工艺的中间原料，有利于其经济成本的大幅降低以及大规模连续化生产的进一步优化。

 

附图说明

图1是含钛废渣、钛铁氧化矿的选矿富集工艺方法流程图。

图2是实际富钛矿浮选原料浮选前后各样品的成分分析及XRD结果。

图3是pH值对单一Ti₂CO及渣相（MO_X）粉末的浮选效果影响。

图4是浮选过程中浮选剂的用量对单一Ti₂CO及渣相（MO_X）粉末的浮选效果影响。

 

具体实施方式

以下实施例是为了更好地显示以上公开的本发明技术的特殊功效或特征，按照众所共知的约定，本发明专利要保护的核心内容范围并不仅仅限于以下实施例所提供的工艺技术参数和条件。

实施例1：

取100g经振动磨破碎成细小颗粒的含钛渣原料，配入40g石墨粉，一起置于球磨罐中在行星式球磨机中研磨3小时。将磨后粉末按固液比20:1加入水在压制设备中压制成块。把块体料置于石墨坩埚中放入高温炉内，控制炉内为氩气保护气氛，缓慢升高至1500℃，并保温8小时，冷却后取出并将其破碎、研磨至-200目以下。将得到的粉末先置于超声仪器中超声分散30分钟，再于磁选机中将湿料粉末环形循环处理1小时左右。将得到的浮选料用水以及1mol/L的稀盐酸进行调浆、调pH值的处理，控制浆液pH为1。此时，按80mg/g浮选料的比例加入由黄药、塔尔油和六偏磷酸钠组成的浮选药剂，同时搅拌 5分钟，然后在室温下进行二次粗选、五次精选的浮选操作，对最后浮选得到的碳氧化钛精矿先用酒精进行洗药，再送入真空烘箱中于100℃烘干并准备检测。分析检测方式采用XRD、ICP等，从XRD图中可以看到浮选后碳氧化钛与渣得到了良好分离，并且最终得到的富钛相物质碳氧化钛其品位大幅度提高。

实施例2：

取100g经振动磨破碎成细小颗粒的含钛渣原料，配入30g石墨粉，一起置于球磨罐中在行星式球磨机中研磨4小时。将磨后粉末按固液比25:1加入水在压制设备中压制成块。把块体料置于石墨坩埚中放入高温炉内，控制炉内为氩气保护气氛，缓慢升高至1600℃，并保温4小时，冷却后取出并将其破碎、研磨至-200目以下。将得到的粉末先置于超声仪器中超声分散60分钟，再于磁选机中将湿料粉末环形循环处理30分钟左右。将得到的浮选料用水以及1mol/L的稀盐酸进行调浆、调pH值的处理，控制浆液pH为4。此时，按40mg/g浮选料的比例加入由油酸钠、塔尔油和曲拉通X-100组成的浮选药剂，同时进行搅拌处理，然后在室温下进行一次粗选、八次精选的浮选操作，对最后浮选得到的碳氧化钛精矿先用酒精进行洗药，再送入真空烘箱中于100℃烘干并准备检测。分析检测方式采用XRD、ICP等，其实验结果与实验方案一相同。

实施例3：

取100g经振动磨破碎成细小颗粒的含钛渣原料，配入50g石墨粉，一起置于球磨罐中在行星式球磨机中研磨5小时。将磨后粉末按固液比30:1加入水在压制设备中压制成块。把块体料置于石墨坩埚中放入高温炉内，控制炉内为氩气保护气氛，缓慢升高至1700℃，并保温6小时，冷却后取出并将其破碎、研磨至-200目以下。将得到的粉末先置于超声仪器中超声分散50分钟，再于磁选机中将湿料粉末环形循环处理2小时左右。将得到的浮选料用水以及1mol/L的稀盐酸进行调浆、调pH值的处理，控制浆液pH为5。此时，按100mg/g浮选料的比例加入浮选药剂水杨羟肟酸、油酸、曲拉通X-100，同时进行搅拌处理，然后在室温下进行二次粗选、十次精选的浮选操作，对最后浮选得到的碳氧化钛精矿先用酒精进行洗药，再送入真空烘箱中于100℃烘干并准备检测。分析检测方式采用XRD、ICP等，其实验结果与实验方案一相同。

实施例4：

取100g经振动磨破碎成细小颗粒的含钛渣原料，配入40g石墨粉，一起置于球磨罐中在行星式球磨机中研磨6小时。将磨后粉末按固液比35:1加入水在压制设备中压制成块。把块体料置于石墨坩埚中放入高温炉内，控制炉内为氩气保护气氛，缓慢升高至1400℃，并保温2小时，冷却后取出并将其破碎、研磨至-200目以下。将得到的粉末先置于超声仪器中超声分散1小时，再于磁选机中将湿料粉末环形循环处理1小时左右。将得到的浮选料用水以及1mol/L的稀盐酸进行调浆、调pH值的处理，控制浆液pH为2。此时，按20mg/g浮选料的比例加入环烷酸，同时进行搅拌处理，然后在室温下进行一次粗选、六次精选的浮选操作，对最后浮选得到的碳氧化钛精矿先用酒精进行洗药，再送入真空烘箱中于100℃烘干并准备检测。分析检测方式采用XRD、ICP等，其实验结果与实验方案一相同。

Claims (2)

1.一种钛铁氧化矿的选矿富集工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1.含钛渣原料的预处理:

将含钛渣原料在振动磨中首先进行破碎，把得到的颗粒原料放入球磨罐中，通过配碳量计算加入足量的石墨粉，以保证后续过程的深度还原，配料完毕后，将球磨罐放入行星式球磨机中，球磨2~8小时,将球磨得到的均匀细化粉末按固液比20-40:1加入水，并在压块机中压制成型；

步骤2.选择性还原过程：

将步骤1压制得到的成型块体料放入石墨坩埚中，并置于高温炉内，可保持炉内处于敞开空气气氛或持续充入氩气使整个环境处于流动气氛中，缓慢升温至1200~1700℃，保温2~8小时，待其冷却至室温后即可取出还原产物，因控制气氛、温度等条件的不同，最终会使原料中的钛组分还原成碳氧化钛或碳氮氧化钛等富钛相物质；

步骤3.还原产物的分散及磁选：

将步骤2得到还原后得到的块体产物利用振动磨、球磨机等进行破碎、湿磨、细化工序，得到平均粒径为-200目~ +400目的粉末料，将该湿化粉磨料置于超声仪器中进行超声分散，超声处理时间为30~60分钟；最后，利用可处理环形循环流动原料的磁选设备进行磁选分离，该步骤主要是为了除去掺杂于料中的铁相组分，降低对后续分选环节的不利影响；

步骤4.浮选料的处理：

将上述步骤处理完毕后的料加水进一步进行调浆处理，再加入pH调整剂进行浮选料表面电位的调节，控制溶液pH值至1~5，将浮选药剂按20~100mg/g浮选料的比例加入浮选设备中，搅拌混合3~5分钟，备用；其中，所述浮选药剂为黄药、水杨羟肟酸、月桂酸、环烷酸、塔尔油、曲拉通X-100、六偏磷酸钠或油酸及其它脂肪酸或油酸钠及其它可水溶性盐中的一种或多种；

步骤5.浮选分离过程：

将步骤4得到的步骤处理完毕的矿浆进行浮选分离，首先通过粗选1~2次即可得到富钛相粗选矿，再对其进行5~10次的精选分离操作，最终可获得碳氧化钛或碳氮氧化钛等富钛相精矿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述pH调整剂包括盐酸、硫酸、氢氧化钠或碳酸钠。

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