CN114229890A - 一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，该方法先将煤矸石预处理得到含有氧化钛的氧化铁粗矿，以除去煤矸石中原有的铝和硅；再将含有氧化钛的氧化铁粗矿进行破碎研磨至粒径≤2mm，以增大氧化铁固体的表面积，然后将破碎研磨后的氧化铁粗矿与碳混合均匀，高温煅烧得到含金属铁的矿物；再将含金属铁的矿物磨细，以使铁粉与氧化钛分散开，再利用磁选机对磨细的含金属铁的矿物进行磁选，以将铁粉选出；最后将剩余的固体灼烧以去除多余的碳粉，得到氧化钛。本发明提供的方法分离出的铁和氧化钛纯度较高，铁和钛在生产中都具有重要的作用，具有明显的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及煤矸石铁钛提取技术领域，尤其是一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法。
背景技术
煤矸石是目前我国排放量最大的工矿业固体废弃物之一，主要来自煤炭采选过程，是煤炭生产、加工过程中产生的固体废物，是煤的共生资源。煤矸石中含有大量的铁元素，高效快捷的提取铁金属可以实现资源高效利用。
目前现有的铁钛提取方法一般为电炉还原法和焙烧磨选法，存在生产流程复杂和能量消耗高等缺点。
发明内容
本发明提供一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，用于克服现有技术中生产流程复杂和能量消耗高等缺陷。
为实现上述目的，本发明提出一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，包括以下步骤：
S1：对破碎研磨后的煤矸石进行预处理，得到含有氧化钛的氧化铁粗矿；
S2：将所述氧化铁粗矿破碎研磨至粒径≤2mm，加入碳粉，混合均匀，煅烧，得到含金属铁的矿物；
S3：将所述矿物研磨至粒径为75～150μm，进行磁选，得到铁粉和含碳氧化钛；
S4：对所述含碳氧化钛进行灼烧，得到氧化钛。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
本发明提供的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，先将煤矸石预处理得到含有氧化钛的氧化铁粗矿，以除去煤矸石中原有的铝和硅；再将含有氧化钛的氧化铁粗矿进行破碎研磨至粒径≤2mm，以增大氧化铁固体的表面积，然后将破碎研磨后的氧化铁粗矿与碳混合均匀，高温煅烧以发生化学反应3C+2Fe2O3＝4Fe+3CO2↑，得到含金属铁的矿物；再将含金属铁的矿物磨细，以使铁粉与氧化钛分散开，再利用磁选机对磨细的含金属铁的矿物进行磁选，以将铁粉选出；最后将剩余的固体灼烧以去除多余的碳粉，发生化学反应C+O2＝CO2，得到氧化钛。本发明提供的方法分离出的铁和氧化钛纯度较高，铁和钛在生产中都具有重要的作用，具有明显的经济价值。
本发明提供的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，采用磁选进行铁钛分离，克服了现有电炉还原法和焙烧磨选法生产流程复杂和能量消耗高的缺点。此外，利用磁选进行铁钛分离具有高效、快速、节能、环保等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法的流程图；
图2为磁选机工作原理图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
本发明提出一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：对破碎研磨后的煤矸石进行预处理，得到含有氧化钛的氧化铁粗矿。
优选地，所述预处理具体包括以下步骤：
S11：对所述煤矸石进行除碳除硫处理，之后加入碳酸钠，混合均匀，加热活化处理，得到活化矿物；
S12：将所述活化矿物溶解于水中并不断搅拌，抽滤，得到硅酸钠溶液和溶渣；
S13：将所述硅酸钠溶液的pH值调节至7～8以使硅元素形成硅酸沉淀；
将所述溶渣溶解于强稀酸中，得到沉渣和上清液；所述沉渣为结晶态难溶二氧化硅，所述上清液为富含铁、铝离子的溶液；
S14：将所述上清液的pH值调节至7～8以使铁离子生成氢氧化铁沉淀、铝离子生成氢氧化铝沉淀；
S15：对经过步骤S14的上清液抽滤，取固相并加入至氢氧化钠溶液中以使所述氢氧化铝沉淀反应形成铝酸钠溶液；
将所述铝酸钠溶液的pH值调节至中性，得到氢氧化铝沉淀，抽滤、水洗、烘干、煅烧，得到氧化铝；
S16：将经过步骤S15的溶液抽滤得到氢氧化铁沉淀，水洗、烘干、煅烧，得到含有氧化钛的氧化铁粗矿。
优选地，在步骤S11中，所述加热活化处理的温度为820～840℃，时间为50～120min。在该条件下利于碳酸钠活化反应的进行。
优选地，在步骤S11中，所述碳酸钠与煤矸石的质量比为0.6～1.5:1。碱焙烧发生化学反应Na2CO3+3Al2O3·2SiO2→NaAlSiO4+Na2SiO3，根据计算，碳酸钠与煤矸石的质量比为0.6～1.5:1时可以活化完全。
优选地，在步骤S12中，将所述活化矿物溶解于热水中，所述热水的温度为80～90℃。在该条件下活化矿物中的硅酸盐溶解更完全。
优选地，在步骤S13中，所述强稀酸为稀盐酸或者稀硫酸。
S2：将所述氧化铁粗矿破碎研磨至粒径≤2mm，加入碳粉，混合均匀，煅烧，得到含金属铁的矿物。
优选地，将所述氧化铁粗矿破碎研磨至粒径为0.5～1mm。矿物颗粒度较大，则会导致部分矿物不能解离，影响最终成品质量。矿物颗粒度较小，则会使整个流程变慢，加大工作量。
优选地，所述碳粉与氧化铁粗矿的质量比为0.11～0.13:1。根据化学反应方程得出纯氧化铁需要的碳粉为0.1125，大于此值可以保证氧化铁完全还原为铁。氧化钛在1100～1300℃不会与碳发生反应，所以碳粉与粗矿的质量比为0.12可以保证氧化铁完全还原为铁。
优选地，所述煅烧的温度为1100～1300℃，时间为90～180min。碳还原氧化铁需要的温度为1200℃左右，两小时作用可以反应完全。
S3：将所述矿物研磨至粒径为75～150μm，进行磁选，得到铁粉和含碳氧化钛。磁选的原理如图2所示，从给料口把研磨后的矿物倒入磁选机，里面的铁粉在磁力的作用下会被吸引至上方，且随着电磁铁的转动而前进，在精矿口排出；氧化钛由于未被吸引，所以在尾矿口被排出。
优选地，所述磁选的磁场强度为120～240kA/m。这个强度可以保证粒径为75～150μm的铁被吸引，实现铁钛的磁选分离。
S4：对所述含碳氧化钛进行灼烧，得到氧化钛。
优选地，所述灼烧的温度为550～650℃，时间为30～80min。此过程为灼烧除去多余的碳，灼烧温度约600℃，烧至质量不发生变化为止。
优选地，利用盐酸对所述氧化钛进行洗涤以去除少量的铁，从而提高氧化钛的品味。因为得到的氧化钛中依然含有极少的铁被镶嵌在氧化钛颗粒中，盐酸可以除去这部分铁，使得氧化钛品味提高。
实施例1
本实施例提供一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，包括以下步骤：
先将煤矸石预处理得到含有氧化钛的氧化铁粗矿。
再将氧化铁粗矿进行破碎研磨至粒径约1mm，然后将破碎研磨后的氧化铁粗矿与碳粉混按0.12:1混合均匀，在台车炉中煅烧，煅烧温度为1300℃，煅烧时间为120min，得到含金属铁的矿物。
再将含金属铁的矿物磨细至100μm，用磁选机在磁场强度为200kA/m条件下对磨细的矿物进行磁选，提取出铁粉。
将剩余的固体在600℃下灼烧至质量不在变化，可得到氧化钛。将氧化钛用盐酸洗涤以提高氧化钛品味。
本实施例提取的铁粉和氧化钛的成品较好，铁和钛的品味分别可达90％和71.3％，回收率都可达95％以上。
实施例2
本实施例提供一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，包括以下步骤：
先将煤矸石预处理得到含有氧化钛的氧化铁粗矿。
再将氧化铁粗矿进行破碎研磨至粒径约2μm，然后将破碎研磨后的氧化铁粗矿与碳粉混按0.11:1混合均匀，在台车炉中煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为150min，得到含金属铁的矿物。
再将含金属铁的矿物磨细至75μm，用磁选机在磁场强度为240kA/m条件下对磨细的矿物进行磁选，提取出铁粉。
将剩余的固体在550℃下灼烧至质量不在变化，可得到氧化钛。将氧化钛用盐酸洗涤以提高氧化钛品味。
本实施例提取的铁粉和氧化钛的成品较好，铁和钛的品味分别可达97％和71％，回收率都可达95％以上。但是由于颗粒粒度较小，会使整个流程变慢，加大工作量。
实施例3
本实施例提供一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，包括以下步骤：
先将煤矸石预处理得到含有氧化钛的氧化铁粗矿。
再将氧化铁粗矿进行破碎研磨至粒径约2mm，然后将破碎研磨后的氧化铁粗矿与碳粉混按0.13:1混合均匀，在台车炉中煅烧，煅烧温度为1300℃，煅烧时间为90min，得到含金属铁的矿物。
再将含金属铁的矿物磨细至150μm，用磁选机在磁场强度为120kA/m条件下对磨细的矿物进行磁选，提取出铁粉。
将剩余的固体在650℃下灼烧至质量不在变化，可得到氧化钛。将氧化钛用盐酸洗涤以提高氧化钛品味。
本实施例提取的铁粉和氧化钛的成品质量一般，铁和钛的品味仅为50％和30％左右，回收率为50％左右，由于矿物颗粒度较大，导致部分矿物不能解离，影响最终成品质量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对破碎研磨后的煤矸石进行预处理，得到含有氧化钛的氧化铁粗矿；
S2：将所述氧化铁粗矿破碎研磨至粒径≤2mm，加入碳粉，混合均匀，煅烧，得到含金属铁的矿物；
S3：将所述矿物研磨至粒径为75～150μm，进行磁选，得到铁粉和含碳氧化钛；
S4：对所述含碳氧化钛进行灼烧，得到氧化钛。
2.如权利要求1所述的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述预处理具体包括以下步骤：
S11：对所述煤矸石进行除碳除硫处理，之后加入碳酸钠，混合均匀，加热活化处理，得到活化矿物；
S12：将所述活化矿物溶解于水中并不断搅拌，抽滤，得到硅酸钠溶液和溶渣；
S13：将所述硅酸钠溶液的pH值调节至7～8以使硅元素形成硅酸沉淀；
将所述溶渣溶解于强稀酸中，得到沉渣和上清液；所述沉渣为结晶态难溶二氧化硅，所述上清液为富含铁、铝离子的溶液；
S14：将所述上清液的pH值调节至7～8以使铁离子生成氢氧化铁沉淀、铝离子生成氢氧化铝沉淀；
S15：对经过步骤S14的上清液抽滤，取固相并加入至氢氧化钠溶液中以使所述氢氧化铝沉淀反应形成铝酸钠溶液；
将所述铝酸钠溶液的pH值调节至中性，得到氢氧化铝沉淀，抽滤、水洗、烘干、煅烧，得到氧化铝；
S16：将经过步骤S15的溶液抽滤得到氢氧化铁沉淀，水洗、烘干、煅烧，得到含有氧化钛的氧化铁粗矿。
3.如权利要求2所述的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，在步骤S11中，所述加热活化处理的温度为820～840℃，时间为50～120min。
4.如权利要求2所述的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，在步骤S11中，所述碳酸钠与煤矸石的质量比为0.6～1.5:1。
5.如权利要求2所述的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，在步骤S12中，将所述活化矿物溶解于热水中，所述热水的温度为80～90℃。
6.如权利要求2所述的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，在步骤S13中，所述强稀酸为稀盐酸或者稀硫酸。
7.如权利要求1所述的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述碳粉与氧化铁粗矿的质量比为0.11～0.13:1。
8.如权利要求1所述的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述煅烧的温度为1100～1300℃，时间为90～180min。
9.如权利要求1所述的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述磁选的磁场强度为120～240kA/m。
10.如权利要求1所述的利用磁选在煤矸石中提取铁钛的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述灼烧的温度为550～650℃，时间为30～80min。
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