CN107955885B - 一种改性钛精矿的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性钛精矿的制备方法，属于钛渣冶炼技术领域。一种改性钛精矿的制备方法，该方法包括以下步骤：a、氧化：控制钛精矿氧化率不小于90％；b、还原：控制还原后钛精矿氧化率在30％～50％；c、分级：得到粒径为+200目≥90％的粗粒级钛精矿，粒径为‑200目≥90％的细粒级钛精矿，所述粗粒级钛精矿即为改性钛精矿A；d、造球：对细粒级钛精矿进行造球处理，控制球团粒度在10～20mm，得改性钛精矿B；所述改性钛精矿为改性钛精矿A、改性钛精矿B中的至少一种。本发明改性钛精矿作为钛渣冶炼原料，可有效降低冶炼电耗及冶炼时间，同时改善了造球条件实现了细粒级钛精矿的合理利用，节能降本效果明显，具有良好的国内外推广应用前景。

Description

一种改性钛精矿的制备方法
技术领域
本发明属于钛渣冶炼技术领域，具体涉及一种改性钛精矿的制备方法。
背景技术
我国虽然钛矿资源丰富，但资源量却是以一直不被国际同行看好的岩质钛铁矿为主，这类矿产成分复杂，TiO2品位低，采选难度大。
攀枝花地区是我国最大的钛精矿产地，占国内总产量的46％，其钛精矿为钒钛磁铁矿，品位低、杂质含量高，冶炼还原活性较低，电耗较高。近年来，为了进一步提高选钛收率，钛精矿粒度越来越细，这就进一步增加了用其进行钛渣冶炼的难度，冶炼收率降低、除尘系统压力增加，冶炼电耗增加。
本发明前期基础研究表明，通过氧化还原等改性措施可以有效改进钛精矿的还原活性。前期研究表明，单纯的氧化改性可以提高钛精矿的还原反应速度，但是CO气体产生集中，烟气量大且烟气温度较高，对除尘系统要求较高。实验室研究表明，通过一定程度的弱还原可以进一步破坏钛精矿的致密结构，从而提高还原速度，同时可以达到降低气体产生量，稳定炉况的目的。
前期造球试验表明，钛精矿由于比重较低，浮选剂残留等原因，导致其成球效果不佳，粘结剂比例增加，造球成本增加。通过表面改性处理，浮选剂残留得到有效去除，可很好的改善其成球效果，降低球团生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改性钛精矿的制备方法，采用该方法制备所得改性钛精矿可作为一种优质的钛渣冶炼原料使用。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种改性钛精矿的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、氧化：对钛精矿进行氧化处理，控制钛精矿氧化率不小于90％，得氧化后的钛精矿；
b、还原：将氧化后的钛精矿进入还原工序，控制钛精矿氧化率在30％～50％，得还原后的钛精矿；
c、分级：对还原后的钛精矿进行分级处理，得到粒径为+200目≥90％的粗粒级钛精矿，粒径为-200目≥90％的细粒级钛精矿，所述粗粒级钛精矿即为改性钛精矿A；
d、造球：对细粒级钛精矿进行造球处理，控制球团粒度在10～20mm，得改性钛精矿B；
所述改性钛精矿为改性钛精矿A、改性钛精矿B中的至少一种。
其中，上述所述的改性钛精矿的制备方法中，步骤a中，所述氧化处理的条件为以煤气或者天然气燃烧作为热源，以空气作为氧化气氛，氧化气氛流速为0.1～0.5m/s，氧化温度为900～1200℃。
其中，上述所述的改性钛精矿的制备方法中，步骤a中，所述氧化处理的氧化时间为1～2.5h。
其中，上述所述的改性钛精矿的制备方法中，步骤b中，步骤b中，所述还原工序的条件为以一氧化碳、煤气或者氢气作为还原气体，还原气体流速0.1～0.5m/s，还原温度为800～1100℃。
其中，上述所述的改性钛精矿的制备方法中，步骤a中，所述氧化处理的还原时间为1～2.5h。
其中，上述所述的改性钛精矿的制备方法中，步骤a和步骤b中，所述氧化率通过以下公式计算得到：氧化率＝0.7×Fe2O3％÷(0.7×Fe2O3％+0.78×FeO％)；其中，Fe2O3％表示Fe2O3在钛精矿中的质量百分含量，FeO％表示FeO在钛精矿中的质量百分含量。
其中，上述所述的改性钛精矿的制备方法中，步骤d中，所述造球处理中细粒级钛精矿、粘结剂和水的质量配比为100：1～2：1～2。
其中，上述所述的改性钛精矿的制备方法中，步骤d中，所述粘结剂为膨润土。
优选的，上述所述的改性钛精矿的制备方法中，步骤a氧化、步骤b还原和步骤c分级所采用的设备为流态化装置。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种改性钛精矿的制备方法，通过钛精矿氧化、钛精矿还原、钛精矿分级及细粒级钛精矿造球等步骤，制备得到改性钛精矿，其可作为一种优质的钛渣冶炼原料使用；改性过程中，通过控制较佳的还原度使粗粒级钛精矿具有良好的冶炼性能，并消除了细粒级钛精矿的表面浮选药剂，同时改善了造球条件，大大降低了造球难度，便于造球后入炉使用，实现了细粒级钛精矿的合理利用；采用本发明方法制备所得改性钛精矿进行冶炼，解决了除尘系统堵塞问题，且烟气量可控；单炉冶炼时间大幅度缩短，反应活性增加，提高输入功率后冶炼时间明显缩短且炉内无生料堆积，化料效果好，冶炼电耗明显降低，节能降本效果明显，实现可行性高，具有良好的国内外推广应用前景。
附图说明
图1是本发明改性钛精矿的制备工艺流程示意图。
具体实施方式
具体的，一种改性钛精矿的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、氧化：对钛精矿进行氧化处理，控制钛精矿氧化率不小于90％，得氧化后的钛精矿；
b、还原：将氧化后的钛精矿进入还原工序，控制钛精矿氧化率在30％～50％，得还原后的钛精矿；
c、分级：对还原后的钛精矿进行分级处理，得到粒径为+200目≥90％的粗粒级钛精矿，粒径为-200目≥90％的细粒级钛精矿，所述粗粒级钛精矿即为改性钛精矿A；
d、造球：对细粒级钛精矿进行造球处理，控制球团粒度在10～20mm，得改性钛精矿B；
所述改性钛精矿为改性钛精矿A、改性钛精矿B中的至少一种。
本发明提供了一种改性钛精矿的制备方法，可针对各种类型的钛精矿进行改性，特别是针对较细的钛精矿岩矿(-200目含量≥30％)，获得优质钛渣冶炼原料。该方法主要包括：钛精矿氧化、钛精矿还原、钛精矿分级及细粒级钛精矿造球等步骤，过程中根据钛精矿分级后的粒径可获得改性钛精矿A和改性钛精矿B，改性钛精矿A和改性钛精矿B可单独使用，也可混合使用，并不影响钛渣冶炼结果。
发明人在研究过程中发现，通过氧化还原等改性措施可以有效改进钛精矿的还原活性；单纯的氧化改性可以提高钛精矿的还原反应速度，但是CO气体产生集中，烟气量大且烟气温度较高，对除尘系统要求较高；通过一定程度的弱还原可以进一步破坏钛精矿的致密结构，从而提高还原速度，同时可以达到降低气体产生量，稳定炉况的目的。因此，本发明先将钛精矿进行氧化处理，再将氧化后的钛精矿进行还原处理。
步骤a中，对钛精矿进行氧化处理时，以煤气或者天然气燃烧作为热源，以空气作为氧化气氛，氧化气氛流速为0.1～0.5m/s，氧化温度为900～1200℃；其中，通过调整热源气体流量将氧化温度控制为900～1200℃，并控制氧化时间为1～2.5h，从而控制钛精矿氧化率不小于90％。
步骤a中，氧化装置可以采用回转窑、竖炉、流态化装置等常规设备；为了提高氧化效率，并配合后续还原、分级步骤，优选流态化氧化设备。
钛精矿经步骤a氧化后，为了提高显热利用率降低综合能耗可将将氧化后的钛精矿直接热装进入还原工序。
步骤b中，对氧化后的钛精矿进行还原处理时，以一氧化碳、煤气或者氢气作为还原气体，还原气体流速为0.1～0.5m/s，还原温度为800～1100℃，还原时间为1～2.5h，从而控制钛精矿氧化率在30％～50％，得到还原后的钛精矿。
步骤b中，还原装置可以采用回转窑、竖炉、流态化装置等常规设备；当步骤a选择流态化氧化设备时，为了与流态化氧化工序有效衔接，优选流态化还原设备。
步骤a和步骤b中，所述氧化率可通过以下公式计算得到：氧化率＝0.7×Fe2O3％÷(0.7×Fe2O3％+0.78×FeO％)；其中，Fe2O3％表示Fe2O3在钛精矿中的质量百分含量，FeO％表示FeO在钛精矿中的质量百分含量；或者可以认为：步骤a中，Fe2O3％、FeO％分别表示Fe2O3、FeO在氧化后的钛精矿中的质量百分含量；步骤b中，Fe2O3％、FeO％分别表示Fe2O3、FeO在还原后的钛精矿中的质量百分含量。
步骤c中，钛精矿分级设备可采用震动筛分或者流态化分级；优选流态化分级设备，可以与前道工序有效衔接，并且可将钛精矿分级和钛精矿还原合并为一道工序，通过一台流态化装置进行同步的还原分级。
步骤a中为流态化氧化设备、步骤b为流态化还原设备和步骤c中流态化分级设备为同一类型设备，但是生产中需要安装三组，分别实现氧化、还原、分级功能；步骤a、步骤b和步骤c中，采用的设备不同并不影响本发明改性钛精矿的制备效果，实践中可根据实际情况灵活选择。
前期造球试验表明，钛精矿由于比重较低，浮选剂残留等原因，导致其成球效果不佳，粘结剂比例增加，造球成本增加。通过表面改性处理，细粒级钛精矿的浮选剂残留得到有效去除，可很好的改善其成球效果，降低球团生产成本。
步骤d中，为了提高成球率及球团强度，所述造球处理中细粒级钛精矿、粘结剂和水的质量配比为100：1～2：1～2；粘结剂优选采用膨润土，其高温强度好、价格便宜。
优选的，一种改性钛精矿的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、氧化：对钛精矿进行氧化处理，以煤气或者天然气燃烧作为热源，以空气作为氧化气氛，氧化气氛流速为0.1～0.5m/s，氧化温度为900～1200℃，氧化时间为1～2.5h，控制钛精矿氧化率不小于90％，得氧化后的钛精矿；
b、还原：将氧化后的钛精矿直接热装进入还原工序，以煤气、一氧化碳或者氢气作为还原气体，还原气体流速为0.1～0.5m/s，还原温度为800～1100℃，还原时间为1～2.5h，控制还原后钛精矿氧化率在30％～50％；
c、分级：对还原后的钛精矿进行分级处理，得到粒径为+200目≥90％的粗粒级钛精矿，粒径为-200目≥90％的细粒级钛精矿，所述粗粒级钛精矿即为改性钛精矿A；
d、造球：对细粒级钛精矿进行造球处理，采用膨润土作为粘结剂，控制细粒级钛精矿、粘结剂和水的质量配比为100：1～2：1～2，控制球团粒度在10～20mm，得改性钛精矿B；
所述改性钛精矿为改性钛精矿A、改性钛精矿B中的至少一种。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
本发明实施例1和对比例1所采用的钛精矿为攀钢选钛厂生产的PTK10钛精矿，该钛精矿的主要成分及粒度指标见表1、表2：
表1PTK10钛精矿典型化学成分(/％wt)
TiO<sub>2</sub> TFe FeO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> S
47.12 32.20 35.59 6.46 0.102
表2PTK10钛精矿典型粒度分析(/％wt)
+60目 60～115目 115～200目 200～325目 -325目
5.26 23.77 30.83 27.22 12.92
实施例1
本实施例以攀钢选钛厂生产的PTK10钛精矿为初始钛精矿，改性钛精矿的制备方法如下：
a、氧化：采用流态化装置对钛精矿进行氧化处理，以煤气作为主要热源，以空气作为氧化气氛，氧化气氛流速为0.2m/s，氧化温度为1100℃左右，氧化时间为2h，氧化后钛精矿氧化率控制在95％以上；
b、还原：将氧化后钛精矿直接热装进入流态化还原设备，以一氧化碳作为还原气体，还原气体流速为0.18m/s，还原温度为950℃，还原时间为2h，还原后钛精矿氧化率控制在40％左右；
c、分级：对还原后的钛精矿进行分级处理，分级后钛精矿的粒度组成见表3，得到粒径为+200目≥90％的粗粒级钛精矿，粒径为-200目≥90％的细粒级钛精矿，所述粗粒级钛精矿即为改性钛精矿A；
表3分级后钛精矿的粒度组成(/％wt)
目数 +60目 60～115目 115～200目 200～325目 -325目
粗粒级钛精矿 7.79 36.58 48.93 4.55 2.16
细粒级钛精矿 0.00 2.96 5.48 62.15 29.43
d、造球：采用圆盘造球，对细粒级钛精矿进行造球处理，采用膨润土作为粘结剂，控制钛精矿、粘结剂和水的质量配比为100：1.5：1，成球率在95％左右，球团粒径在10～20mm，得到改性钛精矿B；
改性钛精矿A和改性钛精矿B的主要化学成分见表4，改性钛精矿A和改性钛精矿B可单独使用，也可混合使用。
表4改性钛精矿主要化学成分(/％wt)
Figure BDA0001476122610000051
Figure BDA0001476122610000061
按改性钛精矿A和改性钛精矿B的质量比为2：1混合，进行钛渣冶炼，主要冶炼指标见表5：
表5改性钛精矿直接入炉冶炼钛渣主要冶炼指标
加矿量/t 冶炼时间/h 送电功率/MW 吨矿电耗/MWh
100 7.5 17 1.28
对比例1
本对比例以攀钢选钛厂生产的PTK10钛精矿为原料冶炼钛渣，主要冶炼指标见表6：
表6以PTK10钛精矿直接入炉冶炼钛渣主要冶炼指标
加矿量/t 冶炼时间/h 送电功率/MW 吨矿电耗/MWh
100 9.5 15.1 1.43
通过实施例1和对比例2比较可知，采用PTK10钛精矿为原料冶炼钛渣，连续生产10炉次，主要问题为：(1)除尘灰大量增加，除尘系统堵塞频繁，导致炉内压力控制困难；(2)单炉冶炼时间较长，还原反应进行较慢，强行提高功率缩短冶炼时间至9小时左右，出现炉内生料堆积现象，因此提高功率对冶炼时间的降低效果不明显；(3)冶炼电耗较高。
采用改性钛精矿为原料冶炼钛渣，主要优点为：(1)解决了除尘系统堵塞问题，且烟气量可控；(2)单炉冶炼时间大幅度缩短，反应活性增加，提高输入功率后冶炼时间明显缩短且炉内无生料堆积，化料效果好；(3)冶炼电耗明显降低。

Claims (7)

1.改性钛精矿的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、氧化：对钛精矿进行氧化处理，控制钛精矿氧化率不小于90%，得氧化后的钛精矿；
b、还原：将氧化后的钛精矿进入还原工序，控制钛精矿氧化率在30%~50%，得还原后的钛精矿；
c、分级：对还原后的钛精矿进行分级处理，得到粒径为+200目≥90%的粗粒级钛精矿，粒径为-200目≥90%的细粒级钛精矿，所述粗粒级钛精矿即为改性钛精矿A；
d、造球：对细粒级钛精矿进行造球处理，控制球团粒度在10~20mm，得改性钛精矿B；
所述改性钛精矿为改性钛精矿A、改性钛精矿B中的至少一种；
步骤a中，所述氧化处理的条件为以煤气或者天然气燃烧作为热源，以空气作为氧化气氛，氧化气氛流速为0.1~0.5m/s，氧化温度为900~1200℃；
步骤b中，所述还原工序的条件为以一氧化碳、煤气或者氢气作为还原气体，还原气体流速0.1~0.5m/s，还原温度为800~1100℃；
步骤a和步骤b中，所述氧化率通过以下公式计算得到：氧化率=0.7×Fe2O3%÷（0.7×Fe2O3%+0.78×FeO%）；其中，Fe2O3%表示Fe2O3在钛精矿中的质量百分含量，FeO%表示FeO在钛精矿中的质量百分含量。
2.根据权利要求1所述的改性钛精矿的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述氧化处理的氧化时间为1~2.5h。
3.根据权利要求1或2所述的改性钛精矿的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述还原工序的还原时间为1~2.5h。
4.根据权利要求1所述的改性钛精矿的制备方法，其特征在于：步骤d中，所述造球处理中细粒级钛精矿、粘结剂和水的质量配比为100：1~2：1~2。
5.根据权利要求4所述的改性钛精矿的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为膨润土。
6.根据权利要求1、2、4或5任一项所述的改性钛精矿的制备方法，其特征在于：步骤a氧化、步骤b还原和步骤c分级所采用的设备为流态化装置。
7.根据权利要求3所述的改性钛精矿的制备方法，其特征在于：步骤a氧化、步骤b还原和步骤c分级所采用的设备为流态化装置。
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