CN207129968U - 制备人造金红石的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了制备人造金红石的系统，包括：渣包；反应装置；喷吹管，其出口端延伸至反应区内，喷吹管包括氧化性气体输送管道、氮气输送管道和晶种输送管道，其中，氧化性气体输送管道由第一段管道和第二段管道组成，氮气输送管外套在第二段管道上；晶种输送管道上设置有晶种入口和位于晶种入口下游的控制阀，晶种输送管道与第一段管道并列设置且晶种输送管道的入口与第一段管道的入口相连通，晶种输送管道的出口与第一段管道的出口相连通；破碎装置；选矿装置；酸洗装置和过滤装置。该系统采用喷吹管向含钛熔分渣物料内部喷吹氧化性气体，可以显著提高含钛熔分渣中钛化合物向TiO2的转化率，从而提高制备得到的人造金红石中的钛品位。
Description
技术领域
本实用新型涉及冶金领域，具体而言，本实用新型涉及制备人造金红石的系统。
背景技术
我国钒钛磁铁矿储量极其丰富，然而传统的高炉-转炉流程和回转窑-电炉流程都只能回收其中绝大部分铁和大部分钒，其中的钛资源无法实现回收利用，造成巨大的资源浪费和环境问题。相比传统的高炉流程，竖炉还原-电炉熔分流程能够得到含钒铁水和含钛熔分渣，对于实现铁、钒、钛资源的综合利用具有显著的优势。然而，钒钛磁铁矿竖炉还原-电炉熔分技术目前仍停留在研究阶段，未见工业化报道。钒钛磁铁矿竖炉还原-电炉熔分得到的熔分渣中TiO2品位较低，只有50％左右，钙铝镁硅杂质的含量又较高，达到30～40％。目前已有过硫酸法钛白路线回收低品位含钛熔分渣的报道，但是由于其中的杂质含量高，造成熔分渣的酸解率偏低，钛液浓度低而水解困难，难以生产出合格的钛白粉，而且由于生产成本偏高，也很难实现工业化生产。另一方面，氯化法钛白和海绵钛对富钛料的要求要显著高于酸溶法钛白，所以这种低钛品位富钛熔分渣更加无法满足氯化法钛白或海绵钛的要求。从以上角度分析，低钛品位的熔分渣首先需要经过提质，达到人造金红石或高品质钛渣的钛品位要求才能直接作为氯化钛白和海绵钛生产的原料。
然而，现有的制备人造金红石的手段仍有待改进。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出制备人造金红石的系统。该系统采用喷吹管向含钛熔分渣物料内部喷吹氧化性气体，可以显著提高含钛熔分渣中钛化合物向TiO2的转化率，从而提高制备得到的人造金红石中的钛品位。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种制备人造金红石的系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：
渣包，所述渣包内设置有电极，所述渣包具有高温含钛熔分渣入口、硅石入口和混合物料出口；
反应装置，所述反应装置内限定有反应区和与所述反应区连通的混合物料入口和氧化物料出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；
喷吹管，所述喷吹管的出口端延伸至所述反应区内，所述喷吹管包括氧化性气体输送管道、氮气输送管道和晶种输送管道，其中，所述氧化性气体输送管道由第一段管道和第二段管道组成，所述氮气输送管道外套在所述第二段管道上，所述氮气输送管道具有垂直于所述氮气输送管道设置的氮气入口；所述晶种输送管道上设置有晶种入口和位于所述晶种入口下游的控制阀，所述晶种输送管道与所述第一段管道并列设置且所述晶种输送管道的入口与所述第一段管道的入口相连通，所述晶种输送管道的出口与所述第一段管道的出口相连通；
破碎装置，所述破碎装置具有氧化物料入口和物料粉末出口，所述氧化物料入口与所述氧化物料出口相连；
选矿装置，所述选矿装置具有物料粉末入口、粗二氧化钛出口、中矿出口和尾矿出口，所述物料粉末入口与所述物料粉末出口相连，所述中矿出口与所述混合物料入口相连；
酸洗装置，所述酸洗装置具有粗二氧化钛入口、盐酸入口和浆料出口，所述粗二氧化钛入口与所述粗二氧化钛出口相连；
过滤装置，所述过滤装置具有浆料入口、废液出口和人造金红石出口，所述浆料入口与所述浆料出口相连。
根据本实用新型实施例的制备人造金红石的系统通过将含钛熔分渣和硅石供给至渣包中进行混料和保温，以便得到混合物料，进而将混合物料转移至反应装置中，并采用喷吹管向混合物料中喷吹氧化性气体，以便将混合物料中的钛化合物氧化为TiO2，得到氧化物料，完成喷吹后向物料中喷吹金红石晶种，以便进一步促进金红石相的长大；其中，喷吹管的出口端延伸至反应区内混合物料的内部，从而可以大大改善氧化反应的动力学条件，缩短喷吹时间，提高低价钛化合物向TiO2的转化率；进而，将氧化物料供给至破碎装置中进行破碎处理，并将得到的物料粉末供给至选矿装置中进行选矿处理，以便将金红石单体与脉石分离，得到粗二氧化钛、中矿和尾矿，后续将粗二氧化钛供给至酸洗装置中进行酸洗处理，并将酸洗处理得到的浆料供给至过滤装置中进行过滤处理，以便得到人造金红石产品。该系统通过采用喷吹管向含钛熔分渣物料内部喷吹氧化性气体，显著提高了含钛熔分渣中钛化合物向TiO2的转化率，从而提高了制备得到的人造金红石中的钛品位。
任选的，所述晶种输送管道内限定有适于存放金红石晶种的晶种仓。由此，可以通过向混合物料中喷吹金红石晶种，进一步促进物料中金红石相的长大，提高金红石相的粒径，为后续选矿处理提供更大便利。
任选的，所述氧化性气体输送管道的内径为10～15mm，所述氮气输送管道的内径为 28～35mm，所述氮气入口的内径为3～8mm，所述氧化性气体输送管道和所述氮气输送管道的厚度均为2～4mm。
任选的，所述晶种输送管道出料段的中轴线与所述氧化性气体输送管道中轴线之间形成的开口朝向所述第一段管道的夹角为30～90度。
任选的，所述选矿装置为摇床，所述酸洗装置为密封浸出釜。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一个实施例的制备人造金红石的系统结构示意图；
图2是根据本实用新型一个实施例的喷吹管结构示意图；
图3是采用本实用新型一个实施例的制备人造金红石的系统制备人造金红石的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种制备人造金红石的系统。根据本实用新型的实施例，参考图1～2，该系统包括：渣包100、反应装置200、喷吹管300、破碎装置400、选矿装置500、酸洗装置600和过滤装置700。
根据本实用新型的实施例，渣包100内设置有电极110，渣包100具有高温含钛熔分渣入口101、硅石入口102和混合物料出口103，渣包100适于将含钛熔分渣和硅石进行混料和保温，以便得到混合物料。具体的，钒钛磁铁矿经还原-熔分得到的含钛熔分渣中的TiO2品位约50wt％，钙铝镁硅杂质含量高达30～40wt％，含钛熔分渣由熔分装置出渣温度在1500～1600℃，出渣后直接进入渣包中，并向渣包中配入SiO2含量不低于90wt％的硅石，同时采用电极加热的方式将渣包中物料温度调整至1500～1600℃，以便得到混合物料。
根据本实用新型的具体实施例，在得到混合物料后，可以将混合物料在1550～1600℃下保温40～60min后转移至后续反应装置中，发明人发现，通过将混合物料进行保温可以促进改性后的熔渣中金红石相的形核与长大，同时在上述温度下熔渣粘度较低，利于金红石组分在渣中的扩散传质，从而使金红石聚集长大。
根据本实用新型的实施例，硅石的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，硅石可以采用平均粒径不高于2mm的硅石粉，且硅石粉中的粉末含量不低于90wt％。
根据本实用新型的实施例，硅石的加入量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，硅石的加入量可以为含钛熔分渣质量的30～40％，具体地，硅石可以与熔渣中的CaO结合生成稳定的硅酸钙，从而使金红石游离出来，达到制备人造金红石的目的。如果不加硅石，渣中的TiO2和CaO极易结合成稳定的钙钛矿CaTiO3，导致人造金红石收率降低。采用该配入量能够有效地促进金红石的单体解离，同时又可以使熔渣保持合适的熔点和流动性便于后续的操作。如果，硅石配入量过多，会使熔渣熔点升高、粘度增大，不利于熔渣成分均匀化和金红石相在形核与长大过程中的扩散传质作用；硅石配入量太少，则不能保证金红石的充分解离。
根据本实用新型的具体实施例，混合物料中CaO与SiO2的质量比不高于0.8，SiO2与TiO2的质量比不高于1.6，优选地，可以进一步将混合物料中CaO与SiO2的质量比优化为质量比CaO:SiO2＝0.6～0.75，SiO2:TiO2＝1.4～1.55，由此，可以进一步提高人造金红石的收率。
根据本实用新型的实施例，反应装置200内限定有反应区210和与反应区210连通的混合物料入口201和氧化物料出口202，混合物料入口201与混合物料出口103相连，反应装置200适于盛放渣包中的混合物料，并利用喷吹管中喷吹的氧化性气体将混合物料进行氧化改性，以便得到氧化物料。根据本实用新型的一个具体实施例，反应装置可以为地坑。
根据本实用新型的实施例，参考图2，喷吹管300的出口端延伸至反应区310内，喷吹管300包括氧化性气体输送管道310、氮气输送管道320和晶种输送管道330，其中，氧化性气体输送管310道由第一段管道311和第二段管道312组成，氮气输送管道320外套在第二段管道312上，氮气输送管道320具有垂直于氮气输送管道320设置的氮气入口321；晶种输送管道330上设置有晶种入口331和位于晶种入口331下游的控制阀332，晶种输送管道330与第一段管道311并列设置且晶种输送管道330的入口与第一段管道311的入口相连通，晶种输送管道330的出口与第一段管道311的出口相连通，喷吹管300适于向混合物料中喷吹氧化性气体、氮气和金红石晶种，以便对混合物料进行氧化改性，得到氧化物料。具体地，混合物料进入反应装置的反应区后，通过采用该喷吹管向混合物料内部喷吹氧化性气体，可以将混合物料中低价钛氧化物以及碳氮化钛等钛化合物充分氧化为 TiO2，并且通过向混合物料中喷吹金红石晶种，进一步促进物料中金红石相的长大，提高金红石相的粒径，为后续选矿处理提供更大便利。
根据本实用新型的具体实施例，双层喷吹管的总长度可以为4～8m，采用耐热不锈钢制成，其内侧的氧化性气体输送管道的内径可以为10～15mm，氧化性气体输送管道的氧化性气体入口可以为10～15mm，外侧的氮气输送管道内径可以为28～35mm，氮气入口的内径可以为3～8mm，氧化性气体输送管道和氮气输送管道的厚度均可以为2～4mm，由此，可以进一步提高喷吹效果，并且采用双层喷吹管设计，还可以有效减轻混合物料对喷吹管的强烈侵蚀。
根据本实用新型的实施例，氧化性气体的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，氧化性气体可以为氧气或氧氮混合气，当采用氧氮混合气时，氧氮混合气中的氧气的体积分数可以为20～90v％，由此，可以进一步提高得到的混合物料中TiO2的收率。
根据本实用新型的具体实施例，氧化性气体输送管道喷吹氧化性气体时，氧化性气体压力可以为0.15～0.4MPa，当氧化性气体采用氧气时，氧气流量可以为15～60L/(min·kg渣)；当氧化性气体采用氮氧混合气时，氧化性气体流量Q可以按“Q＝(15～60/氮氧混合气中氧气体积分数”计算，单位为L/(min·kg渣)。
根据本实用新型的具体实施例，氮气输送管道喷吹氮气时，氮气压力可以为0.2～0.4 MPa，氮气的流量可以为2～30L/(min·kg渣)。
根据本实用新型的实施例，晶种输送管道内限定有适于存放金红石晶种的晶种仓，可以在进行喷吹前预先向晶种仓内添加金红石晶种，通过向混合物料中喷吹金红石晶种，可以进一步促进物料中金红石相的长大，提高金红石相的粒径，为后续选矿处理提供更大便利。
根据本实用新型的一个具体实施例，晶种输送管道可以进一步包括等径段和变径段，上述晶种仓限定在晶种输送管道的等径段，等径段的直径可以为30～45mm。
根据本实用新型的具体实施例，晶种输送管道出料段的中轴线与氧化性气体输送管道中轴线之间形成的开口朝向第一段管道的夹角可以30～90度，由此可以进一步利于喷吹晶种。
根据本实用新型的具体实施例，喷吹的时间可以为10～30min，喷吹过程中应控制混合物料温度保持在1500～1600℃之间，且在喷吹完成前3～5min，可以打开位于晶种入口下游的控制阀，向混合物料中喷吹金红石晶种直至喷吹完成。
根据本实用新型的实施例，采用本实用新型的喷吹管处理混合物料可以获得更佳的氧化改性和金红石长大的效果，且通过向混合物料深处进行喷吹，可以大大改善氧化反应的动力学条件，同时兼有气体搅拌作用；另一方面，采用喷吹气体作为载气将金红石晶种吹入混合物料内部并借助气体搅拌作用，可以最大限度地实现晶种粉末在混合物料中的弥散分布，避免物料发生团聚，从而促进混合物料中金红石相的长大。
根据本实用新型的一个具体实施例，在完成喷吹后，可以将混合物料在空气中自然缓冷至室温，由此可以利用高温扩散传质作用，进一步促进金红石相的长大。经检测，通过将混合物料缓冷至室温，可以使物料中粒径大于100微米的金红石颗粒占总金红石颗粒数量的80％以上，显著优于现有技术。
根据本实用新型的实施例，破碎装置400具有氧化物料入口401和物料粉末出口402，氧化物料入口401与氧化物料出口202相连，破碎装置400适于将氧化物料进行破碎处理，以便得到物料粉末。
根据本实用新型的实施例，物料粉末的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，物料粉末的平均粒径可以为74～150 微米，由此，可以进一步提高后续选矿处理中的选矿效果。
根据本实用新型的实施例，选矿装置500具有物料粉末入口501、粗二氧化钛出口502、中矿出口503和尾矿出口504，物料粉末入口501与物料粉末出口402相连，中矿出口503与混合物料入口201相连，选矿装置500适于将物料粉末进行选矿处理，以便得到粗二氧化碳、中矿和尾矿。
根据本实用新型的具体实施例，选矿装置可以为摇床，通过采用摇床进行选矿处理，可以有效地将混合物料中的金红石单体与脉石分离，得到TiO2含量在45～70wt％的粗金红石产品。
根据本实用新型的一个具体实施例，可以将选矿处理得到的中矿返回反应装置中进行氧化改性，从而可以进一步提高TiO2的回收率。
根据本实用新型的实施例，选矿处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，可以采用摇床进行选矿处理，且摇床的冲次为300～360次/min，冲程为8～12mm，给矿浓度为20～40％，优选地，冲次为320～360 次/min，冲程为8～10mm，给矿浓度为30～35％。由此，可以进一步提高物料中粗金红石、中矿和尾矿的分离效果。
根据本实用新型的实施例，酸洗装置600具有粗二氧化钛入口601、盐酸入口602和浆料出口603，粗二氧化钛入口601与粗二氧化钛出口502相连，酸洗装置600适于利用盐酸将粗二氧化钛进行酸洗处理，以便得到浆料。具体地，通过酸洗处理可以将粗二氧化钛中的MgO、CaO等酸溶性杂质充分去除，经检测，酸性处理得到的浆料中能满足MgO和 CaO的总含量不高于3wt％。
根据本实用新型的具体实施例，酸性装置可以为密封浸出釜，且密封浸出釜内设置有搅拌器、加热体和温度计，并通过控制系统控制控制搅拌器和加热体工作，以便调节密封浸出釜内物料的温度。
根据本实用新型的实施例，酸洗处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，酸洗处理中盐酸的浓度可以为10～20wt％，盐酸与物料粉末的液固比可以为3～5:1，酸洗处理可以在25～90摄氏度下进行 30～120min完成；优选地，酸洗处理中盐酸的浓度可以为15～20wt％，盐酸与物料粉末的液固比可以为2～4:1，酸洗处理可以在70～90摄氏度下进行60～90min完成。由此，可以进一步提高制备得到的人造金红石中的钛品位。
根据本实用新型的实施例，过滤装置700具有浆料入口701、废液出口702和人造金红石出口703，浆料入口701与浆料出口603相连，过滤装置700适于将酸洗处理得到的浆料进行过滤处理，以便得到人造金红石产品。
由此，根据本实用新型实施例的制备人造金红石的系统通过将含钛熔分渣和硅石供给至渣包中进行混料和保温，以便得到混合物料，进而将混合物料转移至反应装置中，并采用喷吹管向混合物料中喷吹氧化性气体，以便将混合物料中的钛化合物氧化为TiO2，得到氧化物料，完成喷吹后向物料中喷吹金红石晶种，以便进一步促进金红石相的长大；其中，喷吹管的出口端延伸至反应区内混合物料的内部，从而可以大大改善氧化反应的动力学条件，缩短喷吹时间，提高低价钛化合物向TiO2的转化率；进而，将氧化物料供给至破碎装置中进行破碎处理，并将得到的物料粉末供给至选矿装置中进行选矿处理，以便将金红石单体与脉石分离，得到粗二氧化钛、中矿和尾矿，其中中矿可以返回反应装置中继续进行氧化改性，后续将粗二氧化钛供给至酸洗装置中进行酸洗处理，并将酸洗处理得到的浆料供给至过滤装置中进行过滤处理，以便得到人造金红石产品。该系统通过采用喷吹管向含钛熔分渣物料内部喷吹氧化性气体，显著提高了含钛熔分渣中钛化合物向TiO2的转化率，从而提高了制备得到的人造金红石中的钛品位。
为了方便理解，下面参考图3对采用本实用新型实施例的制备人造金红石的系统制备人造金红石的方法进行详细描述。根据本实用新型的实施例，该方法包括：
S100：混料和保温
该步骤中，将含钛熔分渣和硅石供给至渣包中进行混料和保温，以便得到混合物料。具体的，钒钛磁铁矿经还原-熔分得到的含钛熔分渣中的TiO2品位约50wt％，钙铝镁硅杂质含量高达30～40wt％，含钛熔分渣由熔分装置出渣温度在1500～1600℃，出渣后直接进入渣包中，并向渣包中配入SiO2含量不低于90wt％的硅石，同时采用电极加热的方式将渣包中物料温度调整至1500～1600℃，以便得到混合物料。
根据本实用新型的具体实施例，在得到混合物料后，可以将混合物料在1550～1600℃下保温40～60min后转移至后续反应装置中，发明人发现，通过将混合物料进行保温可以促进改性后的熔渣中金红石相的形核与长大，同时在上述温度下熔渣粘度较低，利于金红石组分在渣中的扩散传质，从而使金红石聚集长大。
根据本实用新型的实施例，硅石的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，硅石可以采用平均粒径不高于2mm的硅石粉，且硅石粉中的粉末含量不低于90wt％。
根据本实用新型的实施例，硅石的加入量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，硅石的加入量可以为含钛熔分渣质量的30～40％，具体地，硅石可以与熔渣中的CaO结合生成稳定的硅酸钙，从而使金红石游离出来，达到制备人造金红石的目的。如果不加硅石，渣中的TiO2和CaO极易结合成稳定的钙钛矿CaTiO3，导致人造金红石收率降低。采用该配入量能够有效地促进金红石的单体解离，同时又可以使熔渣保持合适的熔点和流动性便于后续的操作。如果，硅石配入量过多，会使熔渣熔点升高、粘度增大，不利于熔渣成分均匀化和金红石相在形核与长大过程中的扩散传质作用；硅石配入量太少，则不能保证金红石的充分解离。
根据本实用新型的具体实施例，混合物料中CaO与SiO2的质量比不高于0.8，SiO2与TiO2的质量比不高于1.6，优选地，可以进一步将混合物料中CaO与SiO2的质量比优化为质量比CaO:SiO2＝0.6～0.75，SiO2:TiO2＝1.4～1.55，由此，可以进一步提高人造金红石的收率。
S200：转移混合物料
该步骤中，将混合物料转移至反应装置内，并采用喷吹管向混合物料中喷吹氧化性气体、氮气和金红石晶种，以便对混合物料进行氧化改性，得到氧化物料。
根据本实用新型的实施例，反应装置内限定有反应区和与反应区连通的混合物料入口和氧化物料出口，混合物料入口与混合物料出口相连，反应装置适于盛放渣包中的混合物料，并利用喷吹管中喷吹的氧化性气体将混合物料进行氧化改性，以便得到氧化物料。根据本实用新型的一个具体实施例，反应装置可以为地坑。
根据本实用新型的实施例，参考图2，喷吹管300的出口端延伸至反应区310内，喷吹管300包括氧化性气体输送管道310、氮气输送管道320和晶种输送管道330，其中，氧化性气体输送管310道由第一段管道311和第二段管道312组成，氮气输送管道320外套在第二段管道312上，氮气输送管道320具有垂直于氮气输送管道320设置的氮气入口321；晶种输送管道330上设置有晶种入口331和位于晶种入口331下游的控制阀332，晶种输送管道330与第一段管道311并列设置且晶种输送管道330的入口与第一段管道311的入口相连通，晶种输送管道330的出口与第一段管道311的出口相连通，喷吹管300适于向混合物料中喷吹氧化性气体、氮气和金红石晶种，以便对混合物料进行氧化改性，得到氧化物料。具体地，混合物料进入反应装置的反应区后，通过采用该喷吹管向混合物料内部喷吹氧化性气体，可以将混合物料中低价钛氧化物以及碳氮化钛等钛化合物充分氧化为 TiO2，并且通过向混合物料中喷吹金红石晶种，进一步促进物料中金红石相的长大，提高金红石相的粒径，为后续选矿处理提供更大便利。
根据本实用新型的具体实施例，双层喷吹管的总长度可以为4～8m，采用耐热不锈钢制成，其内侧的氧化性气体输送管道的内径可以为10～15mm，氧化性气体输送管道的氧化性气体入口可以为10～15mm，外侧的氮气输送管道内径可以为28～35mm，氮气入口的内径可以为3～8mm，氧化性气体输送管道和氮气输送管道的厚度均可以为2～4mm，由此，可以进一步提高喷吹效果，并且采用双层喷吹管设计，还可以有效减轻混合物料对喷吹管的强烈侵蚀。
根据本实用新型的实施例，氧化性气体的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，氧化性气体可以为氧气或氧氮混合气，当采用氧氮混合气时，氧氮混合气中的氧气的体积分数可以为20～90v％，由此，可以进一步提高得到的混合物料中TiO2的收率。
根据本实用新型的具体实施例，氧化性气体输送管道喷吹氧化性气体时，氧化性气体压力可以为0.15～0.4MPa，当氧化性气体采用氧气时，氧气流量可以为15～60L/(min·kg渣)；当氧化性气体采用氮氧混合气时，氧化性气体流量Q可以按“Q＝(15～60/氮氧混合气中氧气体积分数”计算，单位为L/(min·kg渣)。
根据本实用新型的具体实施例，氮气输送管道喷吹氮气时，氮气压力可以为0.2～0.4 MPa，氮气的流量可以为2～30L/(min·kg渣)。
根据本实用新型的实施例，晶种输送管道内限定有适于存放金红石晶种的晶种仓，可以在进行喷吹前预先向晶种仓内添加金红石晶种，通过向混合物料中喷吹金红石晶种，可以进一步促进物料中金红石相的长大，提高金红石相的粒径，为后续选矿处理提供更大便利。
根据本实用新型的一个具体实施例，晶种输送管道可以进一步包括等径段和变径段，上述晶种仓限定在晶种输送管道的等径段，等径段的直径可以为30～45mm。
根据本实用新型的具体实施例，晶种输送管道出料段的中轴线与氧化性气体输送管道中轴线之间形成的开口朝向第一段管道的夹角可以30～90度，由此可以进一步利于喷吹晶种。
根据本实用新型的具体实施例，喷吹的时间可以为10～30min，喷吹过程中应控制混合物料温度保持在1500～1600℃之间，且在喷吹完成前3～5min，可以打开位于晶种入口下游的控制阀，向混合物料中喷吹金红石晶种直至喷吹完成。
根据本实用新型的实施例，采用本实用新型的喷吹管处理混合物料可以获得更佳的氧化改性和金红石长大的效果，且通过向混合物料深处进行喷吹，可以大大改善氧化反应的动力学条件，同时兼有气体搅拌作用；另一方面，采用喷吹气体作为载气将金红石晶种吹入混合物料内部并借助气体搅拌作用，可以最大限度地实现晶种粉末在混合物料中的弥散分布，避免物料发生团聚，从而促进混合物料中金红石相的长大。
根据本实用新型的一个具体实施例，在完成喷吹后，可以将混合物料在空气中自然缓冷至室温，由此可以利用高温扩散传质作用，进一步促进金红石相的长大。经检测，通过将混合物料缓冷至室温，可以使物料中粒径大于100微米的金红石颗粒占总金红石颗粒数量的80％以上，显著优于现有技术。
S300：破碎处理
该步骤中，将氧化物料供给至破碎装置中进行破碎处理，以便得到物料粉末。
根据本实用新型的实施例，物料粉末的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，物料粉末的平均粒径可以为74～150 微米，由此，可以进一步提高后续选矿处理中的选矿效果。
S400：选矿处理
该步骤中，将物料粉末供给至选矿装置中进行选矿处理，以便得到粗二氧化钛、中矿和尾矿。
根据本实用新型的具体实施例，选矿装置可以为摇床，通过采用摇床进行选矿处理，可以有效地将混合物料中的金红石单体与脉石分离，得到TiO2含量在45～70wt％的粗金红石产品。
根据本实用新型的一个具体实施例，可以将选矿处理得到的中矿返回反应装置中进行氧化改性，从而可以进一步提高TiO2的回收率。
根据本实用新型的实施例，选矿处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，可以采用摇床进行选矿处理，且摇床的冲次为300～360次/min，冲程为8～12mm，给矿浓度为20～40％，优选地，冲次为320～360 次/min，冲程为8～10mm，给矿浓度为30～35％。由此，可以进一步提高物料中粗金红石、中矿和尾矿的分离效果。
S500：酸洗处理
该步骤中，将粗二氧化钛和盐酸供给至酸洗装置中进行酸洗处理，以便得到浆料。具体地，通过酸洗处理可以将粗二氧化钛中的MgO、CaO等酸溶性杂质充分去除，经检测，酸性处理得到的浆料中能满足MgO和CaO的总含量不高于3wt％。
根据本实用新型的具体实施例，酸性装置可以为密封浸出釜，且密封浸出釜内设置有搅拌器、加热体和温度计，并通过控制系统控制控制搅拌器和加热体工作，以便调节密封浸出釜内物料的温度。
根据本实用新型的实施例，酸洗处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，酸洗处理中盐酸的浓度可以为10～20wt％，盐酸与物料粉末的液固比可以为3～5:1，酸洗处理可以在25～90摄氏度下进行 30～120min完成；优选地，酸洗处理中盐酸的浓度可以为15～20wt％，盐酸与物料粉末的液固比可以为2～4:1，酸洗处理可以在70～90摄氏度下进行60～90min完成。由此，可以进一步提高制备得到的人造金红石中的钛品位。
S600：过滤处理
该步骤中，将浆料供给至过滤装置中进行过滤处理，以便得到人造金红石。
由此，根据本实用新型实施例的制备人造金红石的方法通过将含钛熔分渣和硅石供给至渣包中进行混料和保温，以便得到混合物料，进而将混合物料转移至反应装置中，并采用喷吹管向混合物料中喷吹氧化性气体，以便将混合物料中的钛化合物氧化为TiO2，得到氧化物料，完成喷吹后向物料中喷吹金红石晶种，以便进一步促进金红石相的长大；其中，喷吹管的出口端延伸至反应区内混合物料的内部，从而可以大大改善氧化反应的动力学条件，缩短喷吹时间，提高低价钛化合物向TiO2的转化率；进而，将氧化物料供给至破碎装置中进行破碎处理，并将得到的物料粉末供给至选矿装置中进行选矿处理，以便将金红石单体与脉石分离，得到粗二氧化钛、中矿和尾矿，其中中矿可以返回反应装置中继续进行氧化改性，后续将粗二氧化钛供给至酸洗装置中进行酸洗处理，并将酸洗处理得到的浆料供给至过滤装置中进行过滤处理，以便得到人造金红石产品。该方法通过采用喷吹管向含钛熔分渣物料内部喷吹氧化性气体，显著提高了含钛熔分渣中钛化合物向TiO2的转化率，从而提高了制备得到的人造金红石中的钛品位。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
实施例1
按照下列步骤制备人造金红石：
将含钛熔分渣和硅石供给至渣包中进行混料和保温，以便得到混合物料；其中，硅石采用SiO2含量不低于94wt％且平均粒径不高于2mm的硅石粉，硅石粉的加入量为含钛熔分渣质量的30％，最终使混合物料中质量比CaO:SiO2＝0.5，质量比SiO2:TiO2＝1.4，混料过程中采用电极加热的方式将混合物料温度调整到1500℃，并将得到的混合物料在1500℃下保温40min，保温过程中适当搅拌，均匀成分；
将混合物料转移至地坑内，并采用喷吹管向混合物料中喷吹氧化性气体、氮气和金红石晶种，以便对混合物料进行氧化改性，得到氧化物料；其中，氧化性气体采用纯氧气，压力为0.15MPa，流量为15L/(min·kg渣)，氮气压力为0.2MPa，流量为10～30L/(min·kg渣)，喷吹总时间为10min，喷吹开始5min后打开晶种仓控制阀，将金红石晶种吹入混合物料内，金红石晶种的加入量为0.5kg/t渣，喷吹结束后将物料自然缓冷至室温；
将氧化物料供给至破碎装置中进行破碎处理，以便得到平均粒径74～150微米的物料粉末；
将物料粉末供给至选矿装置中进行选矿处理，以便得到粗二氧化钛、中矿和尾矿；其中，摇床冲次为320次/min，冲程为8mm，给矿浓度为30％，得到的粗二氧化钛中TiO2含量为55wt％，金红石收率达到82％；
将粗二氧化钛和盐酸供给至酸洗装置中进行酸洗处理，以便得到浆料；其中，盐酸浓度为10wt％，盐酸与物料粉末的液固比为3:1，酸洗温度为25℃，时间为30min；
将浆料供给至过滤装置中进行过滤处理，以便得到TiO2含量为95wt％的人造金红石。
实施例2
按照下列步骤制备人造金红石：
将含钛熔分渣和硅石供给至渣包中进行混料和保温，以便得到混合物料；其中，硅石采用SiO2含量不低于94wt％且平均粒径不高于2mm的硅石粉，硅石粉的加入量为含钛熔分渣质量的40％，最终使混合物料中质量比CaO:SiO2＝0.6，质量比SiO2:TiO2＝1.5，混料过程中采用电极加热的方式将混合物料温度调整到1600℃，并将得到的混合物料在1600℃下保温40min，保温过程中适当搅拌，均匀成分；
将混合物料转移至地坑内，并采用喷吹管向混合物料中喷吹氧化性气体、氮气和金红石晶种，以便对混合物料进行氧化改性，得到氧化物料；其中，氧化性气体采用纯氧气，压力为0.4MPa，流量为60L/(min·kg渣)，氮气压力为0.4MPa，流量为30L/(min·kg渣)，喷吹总时间为30min，喷吹开始25min后打开晶种仓控制阀，将金红石晶种吹入混合物料内，金红石晶种的加入量为2kg/t渣，喷吹结束后将物料自然缓冷至室温；
将氧化物料供给至破碎装置中进行破碎处理，以便得到平均粒径74～150微米的物料粉末；
将物料粉末供给至选矿装置中进行选矿处理，以便得到粗二氧化钛、中矿和尾矿；其中，摇床冲次为360次/min，冲程为10mm，给矿浓度为35％，得到的粗二氧化钛中TiO2含量为65wt％，金红石收率达到85％；
将粗二氧化钛和盐酸供给至酸洗装置中进行酸洗处理，以便得到浆料；其中，盐酸浓度为20wt％，盐酸与物料粉末的液固比为3:1，酸洗温度为90℃，时间为30min；
将浆料供给至过滤装置中进行过滤处理，以便得到TiO2含量为99wt％的人造金红石。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种制备人造金红石的系统，其特征在于，包括：
渣包，所述渣包内设置有电极，所述渣包具有高温含钛熔分渣入口、硅石入口和混合物料出口；
反应装置，所述反应装置内限定有反应区和与所述反应区连通的混合物料入口和氧化物料出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；
喷吹管，所述喷吹管的出口端延伸至所述反应区内，所述喷吹管包括氧化性气体输送管道、氮气输送管道和晶种输送管道，其中，所述氧化性气体输送管道由第一段管道和第二段管道组成，所述氮气输送管道外套在所述第二段管道上，所述氮气输送管道具有垂直于所述氮气输送管道设置的氮气入口；所述晶种输送管道上设置有晶种入口和位于所述晶种入口下游的控制阀，所述晶种输送管道与所述第一段管道并列设置且所述晶种输送管道的入口与所述第一段管道的入口相连通，所述晶种输送管道的出口与所述第一段管道的出口相连通；
破碎装置，所述破碎装置具有氧化物料入口和物料粉末出口，所述氧化物料入口与所述氧化物料出口相连；
选矿装置，所述选矿装置具有物料粉末入口、粗二氧化钛出口、中矿出口和尾矿出口，所述物料粉末入口与所述物料粉末出口相连，所述中矿出口与所述混合物料入口相连；
酸洗装置，所述酸洗装置具有粗二氧化钛入口、盐酸入口和浆料出口，所述粗二氧化钛入口与所述粗二氧化钛出口相连；
过滤装置，所述过滤装置具有浆料入口、废液出口和人造金红石出口，所述浆料入口与所述浆料出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述晶种输送管道内限定有适于存放金红石晶种的晶种仓。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氧化性气体输送管道的内径为10～15mm，所述氮气输送管道的内径为28～35mm，所述氮气入口的内径为3～8mm，所述氧化性气体输送管道和所述氮气输送管道的厚度均为2～4mm。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述晶种输送管道出料段的中轴线与所述氧化性气体输送管道中轴线之间形成的开口朝向所述第一段管道的夹角为30～90度。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述选矿装置为摇床，所述酸洗装置为密封浸出釜。
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