CN109554543B - 一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法 - Google Patents

一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，是将低品位钒钛磁铁矿与作为还原剂的金属铝粉共混，然后在电炉中加热进行还原反应，反应完后分离渣，获得铝铁钛合金。通过本发明方法，实现将低品位钒钛磁铁矿中有价组元铁、钒和钛直接回收利用。该方法摒弃传统工艺方法中对低品位钒钛磁铁矿中铁和钛分离的处理，使工艺变得更简单且又有价组元回收成本更低。

Description

一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法
技术领域
本发明属于矿产资源综合利用技术领域，具体涉及一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法。
背景技术
钒钛磁铁矿是一种重要的含铁资源。目前，对钒钛磁铁矿的利用过程基本都是通过将矿中的有价组元钛、铁进行分离利用，其工艺环节很复杂且生产成本较高。由于钒钛磁铁矿的钛含量较高(二氧化钛品位7-13％)目前尚无成熟的全钒钛冶炼工艺。通常采用钒钛磁铁矿配合普通磁铁矿或赤铁矿入高炉冶炼，为保证高炉顺行，控制高炉渣中二氧化钛含量最高为22％-24％。该类型的高炉渣由于钛含量较低，经济价值较低，目前主要处于堆放状态。
尤其对于低品位钒钛磁铁矿而言，由于其中的二氧化钛品位可达20-24％，虽然也可通过配加普矿采用高炉冶炼，但由于配矿后高炉炉料总的铁品位会降低，这样不仅会增加高炉焦比，而且有价组元钛也会进入炉渣中，使钛无法得到有效利用。而若采用非高炉法的煤基还原-磁选分离技术，虽然也可以达到有价组元提取的目的，但该工艺需要经过还原-磨矿-磁选等一系列流程，生产流程长、效率低，而且含钛物无法完全与金属铁晶粒分离，使钛的回收受到一定的限制。由此可见，开发一种新的低品位钒钛磁铁矿利用方法具有重要意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，该方法是以金属铝作为还原剂，与低品位钒钛磁铁矿共混后在电炉中加热，并保温至反应结束后，冷却，分离渣，获得铝铁钛合金。该方法摒弃传统工艺方法中对低品位钒钛磁铁矿中铁和钛分离的处理，使工艺变得更简单且生产成本更低。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，是将低品位钒钛磁铁矿与作为还原剂的金属铝粉共混，然后在电炉中加热进行还原反应，反应完后，冷却，分离渣，获得铝铁钛合金。
其中，低品位钒钛磁铁矿与作为还原剂的金属铝粉共混后可直接以粉末形态、或者将共混均匀的粉末预压制成球团或块状后，在电炉中加热，待反应完成后，冷却，将获得的铝钛铁合金与渣分离，得到铝铁钛合金；钒也以合金组分存在于该铝铁钛合金中。
作为本发明一个较优选实施例，其中，所述低品位钒钛磁铁矿组分及质量分数为：FeO：17.0～20.0％，CaO：2.0～6.0％，SiO2：6.0～8.0％，MgO：0.5～0.9％，Al2O3：1.3～2.5％，TiO2：20.0～24.0％，V2O5：1.6～1.8％，Cr2O3：0.02～0.3％，S≤0.05％，P≤0.01％，余量为不可避免的杂质；其中TFe为42.0～46.0wt.％。
作为本发明一个较优选实施例，其中，所述低品位钒钛磁铁矿与金属铝粉按质量比为100:30～45配料混合；优选按质量比100:35～42配料混合。
作为本发明一个较优选实施例，其中，所述低品位钒钛磁铁矿中粒度小于75μm的占比为70wt％以上；所述金属铝粉中粒度小于75μm的占比为90wt％以上。
作为本发明一个较优选实施例，其中，在将所述低品位钒钛磁铁矿与作为还原剂的金属铝粉共混时还混入氧化钙，使低品位钒钛磁铁矿与氧化钙的质量比为100：1.5～12；优选质量比为100：1.9～11.5。CaO作为造渣用添加剂，可促进钛的还原率和渣的流动性。
作为本发明一个较优选实施例，其中，所述还原反应在惰性气氛保护下进行，快速升温到950℃～1400℃并保温至反应结束。
惰性气氛为氦气和氩气中的一种或两种的混合气。
作为本发明一个较优选实施例，其中，低品位钒钛磁铁矿、金属铝粉、氧化钙按照100:35:8.1的质量比共混，然后快速升温到1330℃并保温至反应结束。
作为本发明一个较优选实施例，其中，低品位钒钛磁铁矿、金属铝粉、氧化钙按照100:42:6.2的质量比共混，然后快速升温到1380℃并保温至反应结束。
作为本发明一个较优选实施例，其中，在所述电炉中进行熔融还原反应之前，还包括一个对低品位钒钛磁铁矿进行烘干的前处理：在90～120℃烘箱中干燥3～6h。优选地，烘干是在105℃烘箱中干燥4h。
作为本发明一个较优选实施例，其中，所述电炉为电阻炉、感应炉、电弧炉、等离子炉或电子束炉。
在本发明中，低品位钒钛磁铁矿与作为还原剂的金属铝粉共混在电炉中加热还原过程中，铝粉熔化生成液体铝，液态铝与低品位钒钛磁铁矿反应放热，从而促进整个反应的进行和渣铁分离，可发生的化学反应包括：3Fe3O4+6Al＝3Al2O3+9Fe，3FeTiO3+4Al＝2Al2O3+3Fe+3TiO,8Al+3FeV2O4＝3Fe+6V+4Al2O3,2FeTiO3+4Al＝2Al2O3+Fe2Ti+Ti,3TiO2+2Al＝Al2O3+3TiO,3TiO2+4Al＝2Al2O3+3Ti,6Al2O3+CaO＝CaAl12O19,2Al2O3+CaO＝CaAl4O7。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明以低品位钒钛磁铁矿为原料，采用电铝热方法生产铝钛铁(钒)合金的方法，以金属铝粉为还原剂直接将低品位钒钛磁铁矿中的有价组元铁、钛、钒以合金的形态提取出来，制得的铝钛铁(钒)合金可作为产品输出或作为原料进行后续生产。
相比于现有技术的配加普矿采用高炉冶炼的方法，避免了低品位钒钛磁铁矿高炉冶炼的高焦比，并可有效利用低品位钒钛磁铁矿的钛，避免钛进入炉渣中而无法得到有效利用。相比传统的非高炉法的煤基还原-磁选分离技术，工艺过程更简单，还可同时回收钒和钛。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以下通过具体实施方式对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例提供一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，其主要是对低品位钒钛磁铁矿进行电铝热还原，实现有价组元一次性回收，不仅可以减少工艺流程，而且还可以减少资源浪费和含钛高炉渣堆放带来的环境污染问题。本实施例的利用方法包括：
S1:低品位钒钛磁铁矿的干燥前处理：将低品位钒钛磁铁矿放入105～110℃烘箱烘干4～5h，该低品位钒钛磁铁矿中粒度小于75μm占比约为75％。
所述低品位钒钛磁铁矿的组分及质量分数为：FeO：17.0～20.0％，CaO：2.0～6.0％，SiO2：6.0～8.0％，MgO：0.5～0.9％，Al2O3：1.3～2.5％，TiO2：20.0～24.0％，V2O5：1.6～1.8％，Cr2O3：0.02～0.3％，S≤0.05％，P≤0.01％，余量为不可避免的杂质；其中TFe为42.0～46.0wt.％。
S2:配料：将经S1处理的干燥的低品位钒钛磁铁矿与金属铝粉按照质量比100:34混合均匀。
S3:还原:在氩气气氛保护下，将低品位钒钛磁铁矿与金属铝粉混合物放入电阻炉中加热，快速升温到950℃，并保温至反应结束后，随炉冷却至室温，分离渣，获得铝钛铁合金，合金主要组分为Fe:75.22％，Ti：11.9％,Al:6.87％,V:1.27％,O:0.063％。
为了尽可能使还原反应更充分、节省能耗、提高回收率，其中优选地，低品位钒钛磁铁矿中粒度小于75μm的占比为70wt％以上；所述金属铝粉中粒度小于75μm的占比为90wt％以上。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上，不同之处在于：步骤S2中，低品位钒钛磁铁矿和金属铝粉按照质量比100:35混合均匀。步骤S3中，快速升温到1000℃。Fe:73.22％，Ti：11.5％,Al:7.67％,V:1.20％,O:0.043％。
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上，不同之处在于：步骤S2中，低品位钒钛磁铁矿、铝粉和氧化钙按照质量比100:38:4.1混合均匀。步骤S3中，快速升温到1150℃。Fe:69.23％，Ti：11.9％,Al:12.67％,V:1.17,O:0.032％。
实施例4
本实施例是在实施例1的基础上，不同之处在于：步骤S2中，低品位钒钛磁铁矿、铝粉和氧化钙的质量比为100:42:8.1。步骤S3中，快速升温到1300℃。Fe:70.42％，Ti：12.7％,Al:14.67％,V:1.09,O:0.033％。
实施例5
本实施例是在实施例1的基础上，不同之处在于：步骤S2中，低品位钒钛磁铁矿、铝粉和氧化钙的质量比为100:40:11.5。步骤S3中，快速升温到1400℃。Fe:67.22％，Ti：12.2％,Al:15.73％,V:1.04,O:0.044％。
实施例6
本实施例是在实施例1的基础上，不同之处在于：步骤S2中，低品位钒钛磁铁矿、铝粉和氧化钙的质量比为100:39:3.9。步骤S3中，快速升温到1350℃。Fe:69.0％，Ti：12.6％,Al:14.32％,V:1.12,O:0.037％。
实施例7
本实施例是在实施例1的基础上，不同之处在于：步骤S2中，低品位钒钛磁铁矿、铝粉和氧化钙的质量比为100:35:8.1。步骤S3中，快速升温到1330℃。Fe:69.5％，Ti：13.5％,Al:14.3％,V:1.21,O:0.063％。
实施例8
本实施例是在实施例1的基础上，不同之处在于：步骤S2中，低品位钒钛磁铁矿、铝粉和氧化钙的质量比为100:42:6.2。步骤S3中，快速升温到1380℃。Fe:70.29％，Ti：12.9％,Al:13.9％,V:1.16,O:0.035％。
实施例9
本实施例是在实施例1的基础上，不同之处在于：步骤S2中，低品位钒钛磁铁矿、铝粉和氧化钙的质量比为100:35:9.3。步骤S3中，快速升温到1360℃。Fe:70.36％，Ti：12.8％,Al:15.1％,V:1.23,O:0.039％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，其特征在于，是将低品位钒钛磁铁矿与作为还原剂的金属铝粉共混；然后在电炉中及惰性气氛保护下，将所述低品位钒钛磁铁矿与金属铝粉混合物加热至温度950℃-1400℃，保温至反应结束，在所述加热及保温过程中发生还原反应，反应完后分离渣，获得铝铁钛合金；
所述低品位钒钛磁铁矿的组分及质量百分数为：
FeO：17.0～20.0％，CaO：2.0～6.0％，SiO2：6.0～8.0％，MgO：0.5～0.9％，Al2O3：1.3～2.5％，TiO2：20.0～24.0％，V2O5：1.6～1.8％，Cr2O3：0.02～0.3％，S≤0.05％，P≤0.01％，余量为不可避免的杂质；其中TFe为42.0～46.0wt.％。
2.根据权利要求1所述的一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，其特征在于，所述低品位钒钛磁铁矿与金属铝粉按质量比为100:30～45共混。
3.根据权利要求1或2所述的一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，其特征在于，所述低品位钒钛磁铁矿中粒度小于75μm的占比为70wt％以上；所述金属铝粉中粒度小于75μm的占比为90wt％以上。
4.根据权利要求2所述的一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，其特征在于，在将所述低品位钒钛磁铁矿与作为还原剂的金属铝粉共混时，还混入氧化钙，使低品位钒钛磁铁矿与氧化钙的质量比为100：1.5～12。
5.根据权利要求4所述的一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，其特征在于，低品位钒钛磁铁矿、金属铝粉、氧化钙按照100:35:8.1的质量比共混，然后加热至1330℃并保温至反应结束。
6.根据权利要求4所述的一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，其特征在于，低品位钒钛磁铁矿、金属铝粉、氧化钙按照100:42:6.2的质量比共混，然后加热至1380℃并保温至反应结束。
7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，其特征在于，在所述电炉中进行还原反应之前，还包括一个对低品位钒钛磁铁矿进行烘干的前处理：在90～120℃烘箱中干燥3～6h。
8.根据权利要求1、2、4、5或6所述的一种低品位钒钛磁铁矿的利用方法，其特征在于，所述电炉为电阻炉、感应炉、电弧炉、等离子炉或电子束炉。
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