CN104263870A - 钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺，步骤包括：1）压球，选取铁矿粉和煤粉并研磨，将铁矿粉、煤粉按C/O=1~1.3的比例混匀，再添加膨润土作为粘接剂，最后将将铁矿粉、煤粉和膨润土压制成球，在恒温干燥箱中干燥；2）真空还原，在高温电阻炉内并在氩气包括的下还原，然后空冷；3）磁选，进行机械破碎后，先筛选出不小于23～28目的颗粒，在对小于23～28目的颗粒按19GS、31GS、62GS的磁场强度进行磁选。本发明在固态条件下实现钛与铁的分离，流程简短，能耗低，提供了有效利用铁和钛的技术原料。

Description

钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺

技术领域

本发明涉及钒钛磁铁精矿的选矿领域，具体指钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺。

背景技术

钒钛磁铁矿是一种铁、钒、钛等多种有价元素共生的复合矿，主要分布在我国的攀西、承德和马鞍山地区，其中攀西地区的保有储量达100亿吨以上，是我国最大的钒钛磁铁矿矿床，具有很高的综合利用价值。

攀枝花钒钛磁铁矿石中的钛矿物主要为粒状钛铁矿、钛铁晶石和少量片状钛铁矿。在目前技术水平下，粒状钛铁矿可以单独回收，而钛铁晶石和片状钛铁矿不能单独回收。原矿结构致密，固溶了较高的MgO，因此，选出的铁精矿品位不高，钛精矿中MgO和CaO含量高，给提取冶金带来一定困难。

攀枝花钒钛磁铁矿单独以矿物中的铁、钒、钛计算，都是低品位矿，规模大、品位低，丰而不富。虽大多可以露天开采，但矿石结构复杂，铁钒钛等元素相互共生，钛品位虽然较高，但铁钛致密结合，其工艺矿物学特点决定了仅靠选矿手段难以分离，铁精矿中钛含量高，难以用普通工艺冶炼。

从目前国内外钒钛磁铁矿资源开发利用的状况来看，鉴于钒钛磁铁矿石在有价元素品位低，不能直接提取，一般要先经选矿处理，然后再对选矿产品进行加工利用。通常的开发利用方法一般是先采用磁选的方法分选以钛磁铁矿为主要回收对象的钒钛磁铁精矿，然后再采用浮选、重选-电选、强磁选-电选或强磁选(或重选)-浮选等方法从尾矿中回收钛铁矿，得到钛铁矿精矿。硫化物一般是在选铁过程中采用浮选法进行回收。所回收的钒钛磁铁精矿主要用于提取铁和钒，钛铁矿精矿主要用于制取海绵铁和铁白粉，硫化物精矿主要是用来回收钴、镍及其氧化物，与此同时在钛、钒回收过程中回收钪、镓等有价元素。

目前，钒钛磁铁矿的选矿技术已日趋成熟，能够在生产应用中获得较好的经济效益，对于选矿产品的进一步加工利用因矿石的特殊性，尚存在一些问题需要解决，如钒钛磁铁精矿目前采用高炉法和电炉法仅能回收铁和钒，其中大量的钛无法回收，在钒钛磁铁矿资源分选所得三类主要产品中，钒钛磁铁精矿产品产率最高、主要有价元素富集程度最大，其加工利用水平决定了钒钛磁铁矿综合利用的整体水平。

采用高炉法对钒钛磁铁精矿进行回收，通常的只有，一半左右的TiO₂进入铁精矿，其余在选铁尾矿中“通过烧结”高炉冶炼，铁精矿中的钛绝大部分进入高炉渣，其中的TiO₂含量20%一26%(平均23%左右)，称为高钛型高炉渣，由于高钛高炉渣中的TiO₂的含量很高，导致高钛高炉渣的钛资源大量浪费，以攀枝花地区为例，高钛高炉渣的钛资源要占攀枝花地区钛资源总量的50%左右。尾渣的不断堆积，不仅对生态环境造成了污染，而且浪费了钛资源。而目前对于高钛高炉渣的利用存在不足，除少量用于建筑材料外，大部分仍堆积在渣场。而钛作为一种具有巨大经济价值和战略价值的资源，如果大量被用作建筑材料，或者堆积于渣场，必然造成钛资源的严重浪费。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是：提供了一种采用真空条件下碳热还原钒钛磁铁精矿，在固态条件下实现钛与铁的分离，有效回收钛资源的钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺，包括如下步骤：

1）压球：选取铁矿粉和煤粉，并将铁矿粉和煤粉研磨，研磨后的颗粒粒度小于200目的铁矿粉的质量占铁矿粉总质量的90%以上，研磨后的颗粒粒度小于200目的煤粉的质量占煤粉总质量的90%以上；将铁矿粉、煤粉按C/O=1~1.3的比例混匀（随着配碳量增加，碳的气化速度增大，CO分压增大，促进铁氧化物的还原；但配碳量过大，未反应的碳会阻碍铁的扩散凝聚，阻碍渣与金属分离），再添加膨润土作为粘接剂，膨润土粘结性强，价格便宜，加热失水后利于碳热反应发生。粘接剂的添加量占铁矿粉、煤粉总质量的2%或3%，最后将铁矿粉、煤粉和膨润土压制成直径为20或30mm球，所得球在200或230℃的恒温干燥箱中干燥3或4h，以除去球中的水分和粘结剂； 

2）真空还原；先向高温电阻炉中充入氩气将高温电阻炉内的空气排出，然后将高温电阻炉升温至1400~1500℃；将经过步骤1）处理后球放入坩埚中，然后再将坩埚放入高温电阻炉内对球直接还原，还原过程中通氩气保护，还原时间为60或80min；保温30min，以保证碳热还原反应完全进行，取出坩埚并空冷；

3）磁选：将经过步骤2）处理后的球进行机械破碎，首先筛选出不小于24目的颗粒后，再对小于24目的颗粒按19GS、31GS、62GS的磁场强度进行磁选，收集碳热还原后的铁、钛原料。

作为优化，所述步骤1）造球的压力为15MPa。

作为优化，所述步骤1）膨润土的添加量占铁矿粉、煤粉总质量的3%。

作为优化，所述步骤1）中，所得球在200℃的恒温干燥箱中干燥4小时。

作为优化，所述步骤2）中，将高温电阻炉升温至1440℃，（在此温度下会有珠铁产生，利于磁选，对应的还原时间为60min。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1、  本发明提供的提取工艺流程简短（其主要分为钒钛磁铁精矿碳热还原和磁选），操作方便，能耗低，同时还降低对原料的处理成本，有效提高了企业的经济效益。

2、  通过该提取工艺处理，大大减轻了利用含钛磁铁精矿的难度，磁选后得到高铁或高钛的原料，为后续冶金提取提高优质的原料。

3、  在真空条件下碳热还原钒钛磁铁精矿，然后对产物进行磁选得到高钛或高铁的原料，在固态条件下实现对钛与铁的分离，有效回收钛资源，大大降低“三废”的排放量，一方面减少了对钛资源的浪费，另外还避免了环境污染。

附图说明

图1为钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺流程。

图2磁选后各组分Fe的回收率(A- 24目 B-19GS C-31GS D-62GS)。

图3磁选后各组分TiO₂的回收率(A- 24目 B-19GS C-31GS D-62GS)。

图4磁选后各组分Fe/Ti值(A- 62GS B- 31GS C- 19GS D- 24目 )。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明，以下实施例选用攀枝花钒钛铁精矿，其化学成分见表1；煤粉的化学成分见表2。

表1

TFe	FeO	Fe2O3	TiO2	V2O5	Cr2O3	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO	S
												55.75	23.61	53.62	12.67	0.60	0.45	2.17	3.16	1.25	1.37	0.20	0.15

表2

水分	灰分	挥发分	固定碳
				0.94	10.24	27.01	62.75

实施例1：参见图1，钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺，包括如下步骤：

1）压球；选取铁矿粉和煤粉，并将铁矿粉和煤粉研磨，研磨后的颗粒粒度小于200目的铁矿粉的质量占铁矿粉总质量的90%以上，研磨后的颗粒粒度小于200目的煤粉的质量占煤粉总质量的90%以上；将铁矿粉、煤粉按C/O=1的比例混匀，再添加膨润土作为粘接剂，粘接剂的添加量占铁矿粉、煤粉总质量的3%，最后将铁矿粉、煤粉和膨润土压制成直径为30mm球，造球的压力为15MPa，所得球在200℃的恒温干燥箱中干燥4h，以除去球中的水分和粘结剂；

2）真空还原；先向高温电阻炉中充入氩气将高温电阻炉内的空气排出，然后将高温电阻炉升温至1440℃（即还原温度）；将经过步骤1）处理后球放入坩埚中，然后再将坩埚放入高温电阻炉内对球直接还原，还原过程中通氩气保护，还原时间为60min；以保证碳热还原反应完全进行，保温30min后，取出坩埚并空冷；

3）磁选；

将经过步骤2）处理后的球进行机械破碎，首先筛选出大于或等于24目的颗粒后，再对小于24目的颗粒按19GS、31GS、62GS的磁场强度进行磁选，收集碳热还原后的铁、钛原料。

磁选后的结果分析，参见表3

表3

在步骤3）磁选的步骤中，当经过第一步筛选出大于或等于24目的颗粒，对筛选出的大于或等于24目的颗粒做成分分析，检测到TFe回收率为31.81%，TiO₂回收率为4.85%。

实施例2~4与实施例1的提取工艺相同，不同之处仅在于步骤1）中选择铁矿粉、煤粉配碳量的选择（铁矿粉、煤粉按C/O的混合比例），实施例2~4磁选后的结果分析具体如表4： 

表4

由图2磁选后各组分Fe的回收率和图3磁选后各组分TiO₂的回收率可知：经真空还原后的产物中，C/O=1.3、磁选强度为31GS时，铁的回收率最大为71.94%，此时TiO₂的回收率达到最大为70.89%；参照图2、图3和图4可知：C/O=1、产品粒度大于24目时，铁的回收率为31.81%， TiO₂的回收率为4.85%的产品可直接用于含钛钢；C/O=1、磁选强度为31GS时，Fe/Ti=4.43，铁的回收率为31.42%， TiO₂的回收率为52.19%的产品可直接用于提钛；C/O=1.3、磁选强度为31GS时，Fe/Ti=7.46，铁的回收率为71.39%， TiO₂的回收率为70.89%及C/O=1.2、磁选强度为31GS时，Fe/Ti=7.15，铁的回收率为58.66%， TiO₂的回收率为60.36%的产品可用于湿法冶金制取二氧化钛或铁。

实施例：实施例5与实施例1的提取工艺相同，不同之处仅在于三个步骤中各个参量的选择不同，实施例5磁选后的结果分析具体如下：

表5为实施例5的磁选后的结果分析：

表5

实施例6~8与实施例5的提取工艺相同，不同之处仅在于步骤1）中选择铁矿粉、煤粉配碳量的选择（铁矿粉、煤粉按C/O的混合比例），实施例6~8磁选后的结果分析具体如表6： 

表6

实施例9与实施例1的提取工艺相同，不同之处仅在于三个步骤中各个参量的选择不同，实施例9磁选后的结果分析具体如下：

表7为实施例9的磁选后的结果分析：

表7

实施例10~12与实施例9的提取工艺相同，不同之处仅在于步骤1）中选择铁矿粉、煤粉配碳量的选择（铁矿粉、煤粉按C/O的混合比例），实施例10~12磁选后的结果分析具体如表8： 

表8

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺，其特征在于：包括如下步骤：

1）压球：选取铁矿粉和煤粉，并将铁矿粉和煤粉研磨，研磨后的颗粒粒度小于200目的铁矿粉的质量占铁矿粉总质量的90%以上，研磨后的颗粒粒度小于200目的煤粉的质量占煤粉总质量的90%以上；将铁矿粉、煤粉按C/O=1~1.3的比例混匀，再添加膨润土作为粘接剂，膨润土粘结性强，价格便宜，加热失水后利于碳热反应发生；

粘接剂的添加量占铁矿粉、煤粉总质量的2%或3%，最后将铁矿粉、煤粉和膨润土压制成直径为20或30mm球，所得球在200或230℃的恒温干燥箱中干燥3或4h，以除去球中的水分和粘结剂；

2）真空还原：先向高温电阻炉中充入氩气将高温电阻炉内的空气排出，然后将高温电阻炉升温至1400~1500℃；将经过步骤1）处理后球放入坩埚中，然后再将坩埚放入高温电阻炉内对球直接还原，还原过程中通氩气保护，还原时间为60或80min；保温30min，以保证碳热还原反应完全进行，取出坩埚并空冷；

3）磁选：将经过步骤2）处理后的球进行机械破碎，首先筛选出不小于24目的颗粒后，再对小于24目的颗粒按19GS、31GS、62GS的磁场强度进行磁选，收集碳热还原后的铁、钛原料。

2.如权利要求1所述的钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺，其特征在于，所述步骤1）造球的压力为15MPa。

3.如权利要求1所述的钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺，其特征在于，所述步骤1）膨润土的添加量占铁矿粉、煤粉总质量的3%。

4.如权利要求1所述的钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺，其特征在于，所述步骤1）中，所得球在200℃的恒温干燥箱中干燥4小时。

5.如权利要求1所述的钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺，其特征在于，所述步骤2）中，将高温电阻炉升温至1440℃，对应的还原时间为60min。