CN110923442B - 一种从钛铁中矿中回收钛与铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种从钛铁中矿中回收钛与铁的方法，将钛铁中矿先通过还原竖炉炼铁，然后在电炉中熔分分离铁与二氧化钛，使得二氧化钛入渣漂浮在铁水的上液面，然后除渣得到TiO2含量为70wt％～75wt％的高钛料和含铁量达到98wt％以上的高纯铁液；经实验证明，该方法得到的高钛料中TFe含量为4wt％～6wt％，从高钛料中提取分离得到的人造金红石中TiO2含量为90wt％～95wt％，从而实现了分别对钛铁中矿中的钛与铁的高效回收。
Description
技术领域
本发明涉及钛铁资源回收技术领域，尤其是一种从钛铁中矿中回收钛与铁的方法。
背景技术
由于钛具有熔点高、比重小、比强度高、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点，被广泛应用于航空、航天等高科技领域。随着不断向化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行业推广，钛金属日益被人们重视，被誉为“现代金属”和“战略金属”，是提高国防装备水平不可或缺的重要战略物资。
制取金属钛的原料主要为金红石，其中含TiO2大于96wt％。缺少金红石矿的国家，则采用钛铁矿制成的“高钛料”，其中TiO2含量为95wt％左右。因天然金红石涨价和储量日减，各国都趋向于用钛铁矿制成富钛料，即高钛料和人造金红石。工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。
莫桑比克产出的锆钛矿经选矿后得到的目标产品为锆英砂(ZrO2含量约为65wt％)与TiO2含量为46wt％～48wt％的高钛矿，但是经选矿后剩余的废矿中TiO2含量仍高达30wt％～45wt％。将上述该经选矿后剩余的TiO2含量仍高达30wt％～45wt％且TFe含量为30wt％以上(通常TFe含量为30wt％～50wt％)的废矿称作钛铁中矿。该钛铁中矿目前没有有效的资源回收处理方法。
因此，如何从上述钛铁中矿中回收钛与铁，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种从钛铁中矿中回收钛与铁的方法。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为:
一种从钛铁中矿中回收钛与铁的方法，包括以下依次进行的步骤：
1)将锆钛矿经选矿后得到的TiO2含量为30wt％～45wt％的钛铁中矿与还原剂混合制成球团矿，然后将球团矿放入竖炉中进行直接还原富集以用于将铁氧化物直接还原成单质铁，反应完成后得到钛铁球团；
2)将步骤1)制得的钛铁球团放入电炉中进行熔分处理，得到TiO2含量为70wt％～75wt％的高钛料和含铁量达到98wt％以上的高纯铁液；
3)将步骤2)制得的高钛料通过深加工制得TiO2含量达到90wt％～95wt％的人造金红石；采用步骤2)制得的高纯铁液生产高纯球墨铸铁、金属材料坯料、磁性合金材料或非晶带材。
优选的，步骤1)中，所述还原剂为兰炭或煤粉，所述钛铁中矿的质量:还原剂的质量＝1:(0.30～0.40)。
优选的，步骤1)中，直接还原富集的还原温度为1180℃～1280℃。
优选的，步骤2)中，熔分处理时电炉中的熔液温度为1450℃～1550℃。
优选的，步骤3)中，将步骤2)制得的高钛料通过湿法冶金法制得TiO2含量达到90wt％～95wt％的人造金红石；
所述湿法冶金法为碱浸—酸洗联合法或酸浸法；
所述碱浸—酸洗联合法中的碱浸选用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氨水中的一种或多种碱的混合物，碱浸液的浓度为10wt％～25wt％，浸出时间为6h～12h，浸出温度为40℃～100℃，磨矿后的高钛料的粒度为50μm～100μm，搅拌速度为200～400转/min；
所述碱浸—酸洗联合法中的酸洗选用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸中的一种或多种酸的混合物，酸洗液的浓度为5vol％～10vol％，酸洗时间为5min～10min，酸洗温度为40℃～80℃，磨矿后的高钛料的粒度为50μm～100μm，搅拌速度为50～80转/min；
所述酸浸法选用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸中的一种或多种酸的混合物，酸浸液的浓度为20vol％～30vol％，酸浸时间为60min～120min，酸浸温度为40℃～60℃，磨矿后的高钛料的粒度为50μm～100μm，搅拌速度为300～500转/min。
优选的，步骤3)中，将步骤2)制得的高钛料通过选矿法制得TiO2含量达到90wt％～95wt％的人造金红石；
所述选矿法采用重选、浮选、磁选或重选结合浮选联合的方法，将金红石相分离出来。
本申请提供了一种从钛铁中矿中回收钛与铁的方法，首先将锆钛矿经选矿后得到的钛铁中矿与还原剂混合制成球团矿，然后将球团矿放入竖炉中进行直接还原法炼铁，反应完成后得到钛铁球团；
然后将制得的钛铁球团放入电炉中进行熔分处理，使得富集TiO2的钛渣漂浮在电炉中的铁水的表面上，除渣后得到TiO2含量为70wt％～75wt％的高钛料和含铁量达到98wt％以上的高纯铁液，然后将制得的高钛料通过深加工制得TiO2含量达到90wt％～95wt％的人造金红石，将制得的高纯铁液经配料、精调生产高纯球墨铸铁、金属材料坯料、磁性合金材料或非晶带材；
本申请将钛铁中矿通过先还原竖炉炼铁然后熔分分离铁与二氧化钛，使得二氧化钛入渣漂浮在铁水的上液面，然后除渣得到高钛料与高纯铁液，将制得的高纯铁液经配料、精调生产高纯球墨铸铁、金属材料坯料、磁性合金材料或非晶带材；
经实验证明，该方法得到的高钛料中TiO2含量为70wt％以上，通常情况下TiO2含量为70wt％～75wt％，高钛料中TFe含量为4wt％～6wt％，除渣后得到含铁量达到98wt％以上的高纯铁液，通常情况下高纯铁液中Fe含量为98wt％～99.9wt％，从高钛料中提取分离得到的人造金红石中TiO2含量为90wt％～95wt％，从而实现了分别对钛铁中矿中的钛与铁的高效回收。
本申请中，1)生产高钛料的电耗与传统工艺相比，预计降低50％以上；2)由于铁已经被还原，电炉仅作为熔分装置，不需要加入煤等含有杂质的炉料，可得到高品质的钢铁产品和更高品质的富钛渣(酸溶渣)，产品的附加值大大提高，市场竞争力较同类企业大大加强。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种从钛铁中矿中回收钛与铁的方法，包括以下依次进行的步骤：
1)将锆钛矿经选矿后得到的TiO2含量为40.6wt％且TFe含量为32.3wt％的钛铁中矿与还原剂混合制成球团矿，然后将球团矿放入竖炉中进行直接还原富集以用于将铁氧化物直接还原成单质铁，反应完成后得到钛铁球团；
步骤1)中，所述还原剂为兰炭，所述钛铁中矿的质量:兰炭的质量＝1:0.40；
步骤1)中，直接还原富集的还原温度为1270～1280℃；
2)将步骤1)制得的钛铁球团放入电炉中的进行熔分处理，得到TiO2含量为70wt％～75wt％的高钛料和含铁量达到98wt％以上的高纯铁液；
步骤2)中，熔分处理时电炉中的熔液温度为1520℃～1530℃；
3)将步骤2)制得的高钛料通过深加工制得TiO2含量达到90wt％～95wt％的人造金红石；采用步骤2)制得的高纯铁液生产高纯球墨铸铁、金属材料坯料、磁性合金材料或非晶带材；
将步骤2)制得的高钛料通过湿法冶金法制得TiO2含量达到90wt％～95wt％的人造金红石；
所述湿法冶金法为碱浸—酸洗联合法；
所述碱浸—酸洗联合法中的碱浸选用氢氧化钠，碱浸液的浓度为20wt％，浸出时间为10h，浸出温度为80℃，磨矿后的高钛料的粒度为75μm，搅拌速度为300转/min；
所述碱浸—酸洗联合法中的酸洗选用硫酸，酸洗液的浓度为7vol％，酸洗时间为8min，酸洗温度为60℃，磨矿后的高钛料的粒度为75μm，搅拌速度为65转/min。
经检测，实施例1制得的高钛料中TiO2含量为72.3wt％，高钛料中TFe含量为4.2wt％，除渣后留在电炉中的高纯铁液中的Fe含量为99.3wt％，从高钛料中提取分离得到的人造金红石中TiO2含量为93.6wt％。
实施例2
一种从钛铁中矿中回收钛与铁的方法，包括以下依次进行的步骤：
1)将锆钛矿经选矿后得到的TiO2含量为40.2wt％且TFe含量为35.4wt％的钛铁中矿与还原剂混合制成球团矿，然后将球团矿放入竖炉中进行直接还原富集以用于将铁氧化物直接还原成单质铁，反应完成后得到钛铁球团；
步骤1)中，所述还原剂为煤粉，所述钛铁中矿的质量:煤粉的质量＝1:0.30；
步骤1)中，直接还原富集的还原温度为1270～1280℃；
2)将步骤1)制得的钛铁球团放入电炉中的进行熔分处理，得到TiO2含量为70wt％～75wt％的高钛料和含铁量达到98wt％以上的高纯铁液；
步骤2)中，熔分处理时电炉中的熔液温度为1530℃～1540℃；
3)将步骤2)制得的高钛料通过深加工制得TiO2含量达到90wt％～95wt％的人造金红石；采用步骤2)制得的高纯铁液生产高纯球墨铸铁、金属材料坯料、磁性合金材料或非晶带材；
将步骤2)制得的高钛料通过湿法冶金法制得TiO2含量达到90wt％～95wt％的人造金红石；
所述湿法冶金法为酸浸法；
所述酸浸法选用硫酸，酸浸液的浓度为25vol％，酸浸时间为100min，酸浸温度为50℃，磨矿后的高钛料的粒度为75μm，搅拌速度为400转/min。
经检测，实施例2制得的高钛料中TiO2含量为72.1wt％，高钛料中TFe含量为4.05wt％，除渣后留在电炉中的高纯铁液中的Fe含量为99.6wt％，从高钛料中提取分离得到的人造金红石中TiO2含量为94.2wt％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种从钛铁中矿中回收钛与铁的方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：
1) 将锆钛矿经选矿后得到的TiO2含量为30wt%～45wt%且TFe含量为30wt%～50wt%的钛铁中矿与还原剂混合制成球团矿，然后将球团矿放入竖炉中进行直接还原富集以用于将铁氧化物直接还原成单质铁，反应完成后得到钛铁球团；
直接还原富集的还原温度为1180～1280℃；
2) 将步骤1)制得的钛铁球团放入电炉中的钢水中进行熔分处理，使得富集TiO2的富钛渣漂浮在电炉中的熔液的表面上，除渣后得到TiO2含量为70wt%以上的高钛料和含铁量达到98wt%以上的高纯铁液；
熔分处理时电炉中的熔液温度为1450℃～1550℃；
3) 将步骤2）制得的高钛料经过深加工制得TiO2含量达到90wt%～95wt%的人造金红石；采用步骤2）制得的高纯铁液生产高纯球墨铸铁、金属材料坯料、磁性合金材料或非晶带材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述还原剂为煤粉，所述钛铁中矿的质量:煤粉的质量=1:(0.30～0.40)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，将步骤2）制得的高钛料通过湿法冶金法制得TiO2含量达到90wt%～95wt%的人造金红石，所述湿法冶金法为碱浸—酸洗联合法或酸浸法；
所述碱浸—酸洗联合法中的碱浸选用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氨水中的一种或多种碱的混合物，碱浸液的浓度为10wt%～25wt%，浸出时间为6h～12h，浸出温度为40℃～100℃，磨矿后的富钛渣的粒度为50μm～100μm，搅拌速度为200～400转/min；
所述碱浸—酸洗联合法中的酸洗选用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸中的一种或多种酸的混合物，酸洗液的浓度为5vol%～10vol%，酸洗时间为5min～10min，酸洗温度为40℃～80℃，磨矿后的富钛渣的粒度为50μm～100μm，搅拌速度为50～80转/min；
所述酸浸法选用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸中的一种或多种酸的混合物，酸浸液的浓度为20vol%～30vol%，酸浸时间为60min～120min，酸浸温度为40℃～60℃，磨矿后的富钛渣的粒度为50μm～100μm，搅拌速度为300～500转/min。
4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述选矿分离采用重选、浮选、磁选或重选结合浮选联合的方法，将金红石相分离出来。
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