專利名稱：礦石還原方法以及鈦氧化物和鐵金屬化產(chǎn)物的制作方法
礦石還原方法以及鈦氧化物和鐵金屬化產(chǎn)物 相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2005年8月30日提交的美國臨時(shí)申請No. 60/712,556以及于2006年3月31日提交的美國臨時(shí)申請No. 60/788,173 的權(quán)益，這兩篇申請經(jīng)引用而全文并入。發(fā)明背景技術(shù)領(lǐng)域本公開涉及用于對含鈦氧化物的礦石進(jìn)行選礦的方法。更特別地， 本公開涉及用于在移動(dòng)平底爐中還原礦石以形成可分離的鐵金屬和鈦 氧化物的方法。本公開還另外涉及鈦和鐵的金屬化產(chǎn)物以及由含鈦氧 化物的礦石的選礦方法得到的產(chǎn)物。更特別地，本公開涉及通過在移 動(dòng)平底爐中還原礦石以形成分離的鐵金屬和鈦氧化物的方法所制得的 氧化鈦和鐵的金屬化產(chǎn)物。
背景技術(shù)：
移動(dòng)平底爐已知被用于鐵氧化物的還原中。將需要還原的鐵氧化 物與碳源 一 同投入旋轉(zhuǎn)平底爐中，使投料暴露于還原條件下而形成包 含鐵和渣的還原產(chǎn)物。在使用相對較純的鐵氧化物投料時(shí)，熔融的鐵氧化物渣與爐內(nèi)表 面的反應(yīng)值得關(guān)注。于是，該技術(shù)趨向于使用足量的用于固態(tài)還原的 碳，從而在任何熔融相形成之前發(fā)生快速和幾乎完全的鐵氧化物的金 屬化。這樣，當(dāng)有固態(tài)相還原的產(chǎn)物熔融時(shí)，僅有相對很少的金屬氧 化物部分可用于形成渣成分。此外，由于鐵金屬在還原產(chǎn)物中占大部 分，因而形成了大而易回收的鐵顆粒形式?？商峁┨即瞾肀Ｗo(hù)爐底部分，使其與反應(yīng)投料不產(chǎn)生接觸。由于 投料中的碳成分足以提供快速的金屬化，任何可能留下與碳床反應(yīng)的 很'J、比例的鐵氧化物都將是過程的非主要和無關(guān)緊要的部分。已提出采用轉(zhuǎn)底方法還原低等級的礦石例如含有鐵氧化物、高水 平的二氧化鈦和金屬氧化物雜質(zhì)的鈦鐵礦，以制造含有金屬鐵和高等級鈦氧化物如合成金紅石的還原產(chǎn)物，來代替使用轉(zhuǎn)底方法以充分還 原純的鐵氧化物。然而，在轉(zhuǎn)底方法中還原低等級礦石例如含高水平 二氧化鈦和金屬氧化物雜質(zhì)的鈦鐵礦給該方法帶來了在還原相對較純 的鐵氧化物時(shí)未遇到的挑戰(zhàn)。當(dāng)采用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)底還原技術(shù)從低等級礦石如鈦鐵礦中回收金屬鐵 和鈦氧化物時(shí)，分離出散布在相對較高含量的渣成分中的小塊鐵金屬 是一個(gè)問題。為解決該分離問題，已有人提出通常在電熔爐或中間平 底爐中將鐵氧化物主體進(jìn)行金屬化的第 一預(yù)還原步驟以及隨后的熔融 步驟，以形成更易分離的熔融鐵，其相比之下沒有尾礦和具有較高含 量的鈦氧化物的渣。然而，這種多步驟的過程是一種高成本和高能密 集型的解決方案。由于金屬鐵小塊多具有遠(yuǎn)小于50微米的直徑，因此機(jī)械分離大量 散布在渣中的小塊鐵金屬是不現(xiàn)實(shí)的。由于50微米是通過篩分法進(jìn)行 分離的最小可行尺寸極限，多數(shù)具有400線/英寸篩的精細(xì)篩僅限于篩 分50微米直徑的顆粒，因此篩分這么大量的小塊金屬鐵不是一種現(xiàn)實(shí) 的分離方法。小塊鐵可通過化學(xué)分離，但化學(xué)分離將顯著增加成本。因此，需要一種節(jié)能的轉(zhuǎn)底方法來實(shí)現(xiàn)從低等級礦石還原產(chǎn)物中 容易地回收分離的金屬鐵和鈦氧化物。發(fā)明內(nèi)容本公開是關(guān)于一種從含有鈦氧化物和氧化鐵的礦石，通常為低等 級的富含氧化鈦和氧化鐵的礦石，更典型地是鈦鐵礦中生產(chǎn)可分離的 鐵和氧化鈦的方法，包括(a) 形成包含碳基的材料和礦石的結(jié)塊，結(jié)塊中碳的量足以在升 高的溫度下將氧化鐵還原成氧化亞鐵，并形成富含氧化亞鐵的熔融渣，(b) 將結(jié)塊引入移動(dòng)平底爐的碳床上；(c) 在移動(dòng)平底爐中加熱結(jié)塊到足以還原和熔融結(jié)塊以產(chǎn)生富含 氧化亞鐵的熔融渣的溫度；(d) 在足以維持渣處于熔融態(tài)的爐溫下，通過氧化亞鐵和碳床中 的碳的反應(yīng)對熔融渣的氧化亞鐵進(jìn)行金屬化；(f)從渣中分離金屬鐵顆粒，分離出金屬鐵后，該渣中含有相對于基質(zhì)總重量的大于85%的二氧化鈦。在一種實(shí)施方案中，結(jié)塊的還原和熔融同時(shí)發(fā)生。此外，金屬化 也可以在足以使熔融的渣中形成的炫融金屬鐵小液滴熔合成大的熔融 鐵的金屬液滴的條件下進(jìn)行。本公開還另外涉及富含氧化亞鐵的熔融渣的金屬化產(chǎn)物，其包括 在其中分布有多個(gè)金屬鐵顆粒的富含鈦氧化物的渣的基質(zhì)，該金屬鐵顆?？蓮难趸伝|(zhì)中機(jī)械分離，機(jī)械分離出可機(jī)械分離的金屬鐵部 分后，該基質(zhì)含有相對于基質(zhì)總重量的大于85%的氧化鈦。


圖1是用于還原富含鈦的礦石并生產(chǎn)金屬鐵和高等級鈦氧化物的 旋轉(zhuǎn)平底爐的頂視圖。圖2是簡化的本公開的方法的示意圖。圖3是實(shí)施例1的75微米尺寸的渣產(chǎn)物的電子顯微鏡照片。全場 寬度為115微米。圖4是實(shí)施例3的產(chǎn)物的分離的鐵顆粒的照片。圖5是實(shí)施例3分離出的鐵顆粒后的小于75微米尺寸的渣產(chǎn)物的 電子顯微鏡照片。全場寬度為115微米。圖6是研磨前與實(shí)施例3類似方法的金屬化產(chǎn)物的光學(xué)顯微照片。
具體實(shí)施方式
本公開使用的是富含鈦氧化物和鐵氧化物的低等級礦石。低等級 礦石中存在的鈦為復(fù)雜氧化物的形式，通常與鐵結(jié)合，也含有其他金 屬的氧化物和堿土金屬元素。鈦通常以鈦鐵礦形式存在，或者是為沙 狀或?yàn)橛驳膸r石沉積物。低等級的富鈦礦例如鈦鐵礦沙可含有約45-約65%的二氧化鈦，約30-約50%的鐵氧化物和約5-約10%的尾礦。鈦 鐵礦的巖石沉積物據(jù)報(bào)道含有約45-約50%的二氧化鈦，約45-約50% 的鐵氧化物和約5-約10%的尾礦。本公開的方法可應(yīng)用這樣的富鈦礦 石。用作轉(zhuǎn)底爐方法中投料的結(jié)塊包含礦石和數(shù)量足夠用于第 一 階段 熔融的碳，其中氧化鐵在還原條件下還原成氧化亞鐵。碳的確切量將 取決于礦石中的鐵氧化物的含量，特別是氧化鐵的含量。但是，使用的碳的量少于化學(xué)計(jì)量(即足以使礦石中所有的鐵氧化物還原為金屬 鐵的量)，以使結(jié)塊將在第二階段的金屬化開始前熔化，使其中大部分 的氧化亞鐵還原成鐵金屬。這種金屬化的進(jìn)程很小程度上在第一階段 完成，且對本公開的方法無害。碳量是指提供碳源的材料中固定的碳含量。固定的碳含量是通過對固體燃料如煤在無空氣存在下加熱樣品到950。C而除去揮發(fā)性物質(zhì) (通常包括一些碳)的組分分析確定的。在950°C時(shí)殘留在灰燼中的 碳即為固定的碳含量。對于典型的可用于本/^開方法的和含約30-約50%鐵氧化物的礦石，基于結(jié)塊總重量的碳量在約0.5-約8.0 wt.Q/。之間，更典型的是在約 1.0-約6.0 wt.。/。之間。對于鈦鐵礦和/或含鈦鐵礦的沙，基于結(jié)塊總重量 的碳量在約1.0-約8.0 wt.。/。之間，更典型的是在約2.0-約6.0 wt.。/。之間。 對于鈦鐵礦的巖石沉積物，基于結(jié)塊總重量的碳量在約0.5-約5.0 wt.% 之間，更典型的是在約1.0-約3.0 wt.。/o之間。通常，結(jié)塊中的碳量足以還原氧化鐵，但不足以金屬化結(jié)塊中基 于結(jié)塊總重量計(jì)超過約50%的氧化亞鐵，更典型的是不足以金屬化超 過約20%的氧化亞鐵。用于結(jié)塊中的碳源可以是任何的含碳材料，例如但不限于煤、焦 炭、木炭和石油焦炭。結(jié)塊是將礦石和碳源混合，也可任選與粘合劑材料一起混合，將 混合物成形為小球、壓塊、擠出物或壓縮物，并通常在約100-約200。C 之間的溫度下干燥而形成?？苫旌虾统尚喂┝铣煞值脑O(shè)備是那些本領(lǐng) 域技術(shù)人員熟知的設(shè)備。通常，結(jié)塊的平均直徑在約2-約4cm之間以 便于操作?？扇芜x使用的粘合劑材料可以是但不限于有機(jī)粘合劑或無機(jī)粘合 劑例如斑脫土或熟石灰。適合的粘合劑的量在占結(jié)塊總重量的約0.5-約5wt.o/o之間，典型值為約1-約3wt.%。與 一般的礦石還原方法不同，結(jié)塊礦石可不必研磨成細(xì)粉而4吏用。 然而，在形成結(jié)塊之前，礦石可纟皮碾壓和/或過篩以達(dá)到平均顆粒尺寸 在約0.1-約1 mm之間，而分離出任何可產(chǎn)生才喿作問題的大塊。例如， 當(dāng)使用巖石沉積物時(shí)，它們通常經(jīng)碾壓和過篩以獲得平均顆粒尺寸在 約0.1 -約1 mm之間的礦石顆粒。將結(jié)塊投入旋轉(zhuǎn)平底爐中，在這里它們被加熱到足以發(fā)生第 一 階 段熔融的溫度，而生產(chǎn)出富含氧化亞鐵的熔融渣。在典型的方法中， 結(jié)塊是通過進(jìn)料斜道投入使之沉積到含碳材料的床上，通常為煤或焦炭顆粒的床上。床的厚度在約1-約5 cm之間。足以進(jìn)行第 一 階段熔融的移動(dòng)平底爐的內(nèi)部溫度可在約1300。C-約1800。C之間，典型的范圍為1400。C-約1750°C,更典型的范圍為約1500。c-約noo。c。具體溫度將取決于礦石組成。該熔融階段的時(shí)間可在約1分鐘-約5分鐘之間。在第一階段熔融中，結(jié)塊的碳含量足以將氧化鐵還原為氧化亞鐵， 但不足以完成任何實(shí)際意義的金屬化，并且不足以完成從氧化亞鐵到 鐵金屬的徹底還原。由第 一 階段熔融得到的富含氧化亞鐵的熔融渣在還原條件下與碳 床接觸。通過該接觸，氧化亞鐵進(jìn)一步在第二階段金屬化被還原而產(chǎn) 生鐵金屬產(chǎn)物。在第二階段金屬化中，移動(dòng)平底爐內(nèi)的溫度足夠高從而在氧化亞 鐵發(fā)生金屬化時(shí)使渣保持熔融狀態(tài)。為達(dá)到該目的的平底爐的內(nèi)的適合溫度在約1500。C-約1800。C之間，典型的范圍為1600。C-約1750。C，更典型的范圍為約1600。c-約noo。c。具體要求的溫度將取決于礦石 組成。對于大型爐，第 一階段的爐內(nèi)溫度可比第二階段的溫度至少低約 訓(xùn)。c。該第二階段金屬化的時(shí)間可比第一階段熔融的時(shí)間長，并可在約5 分鐘-約20分鐘之間。在第一階段中，在被包含在結(jié)塊中的碳的存在下， 氧化鐵的還原和熔融迅速進(jìn)行。與此不同的是，在第二階段，金屬化 過程中給富含氧化亞鐵的熔融渣足夠的時(shí)間流過碳床可提高大金屬顆 粒的產(chǎn)出，這是因?yàn)槿廴谠蔫F液滴將融合為較大的液滴，這些液滴 將在冷卻期間保持它們尺寸并形成固體的金屬顆粒。隨著第二階段金屬化的進(jìn)行，渣的流動(dòng)性變小，渣中鈦的濃度增 加。足以使渣保持流動(dòng)性的條件可幫助熔融渣中的鐵液滴融合，從而 有助于形成易于分離的大的鐵顆粒。當(dāng)金屬化接近完成時(shí)渣固化。優(yōu)選地，金屬化一直進(jìn)行到至少完 成基于結(jié)塊的約90%,更優(yōu)選的是至少完成到約95%。通過成本效率高的方法即可容易地將可以大顆粒形式存在的金屬鐵從固體渣中分離 出來。機(jī)械方法非常適用于分離鐵金屬。而不需要采用化學(xué)方法如化 學(xué)濾取。此外，也不需要采用深度機(jī)械分離方法例如深度研磨。 用于分離金屬的常用方法包括碾壓、研磨、過篩和磁分離。通常，該方法的4失顆粒的平均直徑在約0.05-約10mm之間，更典 型的范圍是約0.1-約5 mm。術(shù)語"顆粒"陂用于區(qū)分由本公開的方法 產(chǎn)生的大塊金屬鐵，并與通過傳統(tǒng)方法得到的小顆粒的金屬鐵形成比 較。 '通常，本方法的固體渣產(chǎn)物在機(jī)械分離出可分離的金屬鐵后，含 有占固體渣產(chǎn)物總重量大于約85%的鈦氧化物，更典型的是大于約87% 的鈥氧化物。術(shù)語"鈥氧化物"是指Ti02、 丁1305和Ti203。固體渣產(chǎn) 物也可含有少量的以TiO、 TiC和TiN形式存在的鈦。固體渣產(chǎn)物可 含有較少量的殘余金屬鐵。殘余金屬鐵通常是指直徑小于50微米的金 屬鐵顆粒部分。通常，在機(jī)械分離出可分離的金屬鐵顆粒后，殘余金 屬鐵的量以固體渣產(chǎn)物總重量計(jì)低于約6%,更典型的是低于約4%。 也可能存在其他少量的雜質(zhì)例如FeO,和其他氧化物。這些其他的雜 質(zhì)的量通常低于固體渣產(chǎn)物總重量的約8%,更典型的是低于約6%。移動(dòng)平底爐可以是任何能夠?qū)⒔Y(jié)塊暴露于碳床上的至少兩個(gè)高溫 區(qū)的爐。適合的爐可以為隧道式爐、管式爐或^5炎轉(zhuǎn)平底爐。該方法可 應(yīng)用單一的爐結(jié)構(gòu)。參考附圖，特別是圖1,采用了旋轉(zhuǎn)平底爐來還原投料。使用在制 鐵工業(yè)中使用的具有典型的平底爐尺寸的爐10。旋轉(zhuǎn)平底爐具有可從 進(jìn)誶牛區(qū)12旋轉(zhuǎn)的表面30。表面30可以是難熔層表面或玻璃質(zhì)爐底層， 兩者都是鐵礦平底爐加工領(lǐng)域內(nèi)熟知的。表面從進(jìn)料材料區(qū)通過多個(gè) 燃燒器區(qū)14、 16、 17旋轉(zhuǎn)， 一反應(yīng)區(qū)跨越至少部分的燃燒器區(qū)和一包 含冷卻板48和排放裝置28的排放區(qū)18。爐的最高溫度通常在區(qū)17中 獲得。本公開方法的第一和第二階段是在反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行。對連續(xù)操作， 表面30可從排放區(qū)18至進(jìn)料區(qū)12并經(jīng)過反應(yīng)區(qū)以重復(fù)的方式旋轉(zhuǎn)。 每個(gè)燃燒器區(qū)均可由多個(gè)空氣/燃料、油點(diǎn)火、煤點(diǎn)火裝置或富含氧的 燃燒器20和22點(diǎn)火。進(jìn)料區(qū)12包括一開口 24和一進(jìn)料機(jī)構(gòu)26,結(jié)塊通過它們進(jìn)入爐 中。 一含碳層置于表面30的至少大部分上，通常整個(gè)表面均包含一層含碳層并且結(jié)塊置于其上。含碳層可通過任何已有方法而置于表面上，通常是通過固體材料傳送器34來進(jìn)行。結(jié)塊可由跨過表面30寬度方 向的校平器29拉平到高出表面的有用高度。隨著表面繞爐旋轉(zhuǎn)經(jīng)過各 區(qū)，通過進(jìn)料機(jī)構(gòu)將結(jié)塊連續(xù)供給爐。旋轉(zhuǎn)速度通過調(diào)節(jié)一變速驅(qū)動(dòng) 器而控制。參考圖2,示出了礦石被引入到混合區(qū)51的過程。碳可在引入到 混合區(qū)51之前被引入尺寸縮小區(qū)50,礦石和碳以及任選的添加劑如粘 合劑一同在混合區(qū)51混合形成結(jié)塊。結(jié)塊被引入到旋轉(zhuǎn)平底爐區(qū)52, 如這里描述的，結(jié)塊中的氧化鐵在此被還原，以及發(fā)生金屬化。如圖1 中所示的熱的產(chǎn)物42通過任何傳統(tǒng)方式如水淬火進(jìn)行冷卻。冷卻的產(chǎn) 物然后在篩選區(qū)53過篩，接著在研磨區(qū)54研磨，以從高等級的鈦氧 化物產(chǎn)物中分離出鐵金屬。再生材料也可被分離并引入混合區(qū)51。鐵 金屬產(chǎn)物可在壓塊區(qū)55形成壓塊，鐵金屬產(chǎn)物由該壓塊區(qū)中提取?；蛘?，在較小規(guī)模下，也可使用以高純度氧化鋁管作為蒸餾皿的 具有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的管式爐。這些爐可被加熱到約1500。C-約1700°C的溫 度，并在氮或氬氛圍下操作。在本公開的另一實(shí)施方案中，在第二階段金屬化中向投料中加入 煤或焦炭顆粒，以提供更多的還原劑接觸從而增進(jìn)金屬化進(jìn)程。在本發(fā)明的又一實(shí)施方案中，小尺寸的渣(合成的金紅石)和鐵 合成的金紅石組分被從鈦氧化物產(chǎn)物中分離并再循環(huán)回過程中。在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明在這里可理解為排除了任何對組合物 或方法的基本的和新穎的特征不產(chǎn)生本質(zhì)影響的元素或方法步驟。并 且，本發(fā)明可理解為排除了未在這里明確的任何元素或方法步驟。當(dāng)含量、濃度或其他數(shù)值或參數(shù)是以范^)、優(yōu)選的范圍、 一系列優(yōu)選 的上限制值和優(yōu)選的下限值給出時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解為明確公開了由任何上 限范圍或優(yōu)選值和任何下線范圍或優(yōu)選值中的任何一對形成的所有的 范圍，而不論該范圍是否單獨(dú)被揭露。當(dāng)這里列舉出一數(shù)值范圍時(shí)， 除非特別指明，該范圍應(yīng)包括其端點(diǎn)，以及在該范圍內(nèi)的所有的整數(shù)和分?jǐn)?shù)。在限定范圍時(shí)，并不意味著本發(fā)明的范圍限于具體列舉的值。實(shí)施例以下實(shí)施例展示了本發(fā)明。除非另外指明，所有的份數(shù)、百分比 和比例均以重量計(jì)。小于75微米的顆粒尺寸是通過分析電子顯微鏡圖 像確定，而較大的尺寸是通過過篩確定。實(shí)施例1在該實(shí)施例中，結(jié)塊含有過多的碳。通過將79.7%重量的鈥鐵礦礦石(61%Ti〇2,基于礦石總重量)和 20.3%的煤(71%固定的碳，基于組分分析)在環(huán)境溫度下混合并壓在 一起進(jìn)入直徑20mm、厚7mm的圓筒中，制成壓片。通過干燥除去壓 片中殘余的水。將干燥的壓片置于氧化鋁坩鍋中的焦炭渣床上，并移 入管式爐中，該管式爐在氮?dú)夥諊卤患訜岬?600。C。管式爐采用傳 統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用高純度氧化鋁管作為蒸餾皿。當(dāng)壓片最初加入時(shí)，爐溫 降低約50°C的數(shù)量級。然后，溫度升回到起始溫度。加入壓片25分 鐘后，從爐中移出壓片并使其冷卻。壓片保持它們的原始形狀，這表 明壓片未發(fā)生熔化。發(fā)現(xiàn)鐵的金屬化基本達(dá)到100%。平均金屬鐵的顆 粒尺寸為約15微米。這種鐵不易從富含鈦氧化物的相中分離出。所得 產(chǎn)物的尺寸分布表明分離將很困難。由于顆粒的小尺寸，通過研磨和 后續(xù)磁分離來分離這種尺寸的鐵顆粒的嘗試是不成功的。所得渣滓中 的鈦氧化物成分和分離的產(chǎn)物含有太多的鐵，而鐵成分中含有太多的 鈦氧化物。圖3示出了研磨后的本實(shí)施例的產(chǎn)物的全場寬度為115微米的電 子顯微鏡照片(磨碎的產(chǎn)物顆粒散布在樹脂中，經(jīng)切割，拋光和在電 子顯微鏡中成像，這樣殘余的鐵顆粒顯示為白亮，而富含鈦氧化物材 料顯示為灰色)。如圖3中所示，渣基質(zhì)含有許多小的(小于IO微米) 金屬鐵顆粒，其不能通過一般的研磨和篩分分離方法有效地除去。實(shí)施例2在該實(shí)施例中，爐內(nèi)溫度過#^。通過將95.5%重量的4太4^礦礦石 (61%Ti02，基于礦石總重量)、3%的煤(71%固定的碳)和1.5%小麥 面粉粘合劑在環(huán)境溫度下混合并壓在一起進(jìn)入直徑20 mm、厚7 mm的 圓筒中，制成壓片。由于壓片中低的碳含量，因此需要少量的粘合劑。 通過干燥除去壓片中殘余的水。將干燥的壓片置于氧化鋁坩鍋中的焦炭渣床上，并移入管式爐中，該管式爐在氮?dú)夥諊卤患訜岬?600。C。當(dāng)壓片最初加入時(shí)，爐溫降低約50°C的數(shù)量級。然后，溫度緩慢升回 到起始溫度。加入壓片25分鐘后，從爐中移出壓片并使其冷卻。變形 和玻璃化的外觀表明壓片發(fā)生過熔融并重新固化。發(fā)現(xiàn)鐵的金屬化少 于60%。平均金屬鐵的顆粒尺寸為約75微米。盡管金屬鐵可被分離， 但仍有相當(dāng)量的未金屬化的鐵與鈦氧化物保持緊密混合。實(shí)施例3通過將93.5%重量的鈦鐵礦礦石(61 %Ti02)、 5.5%的煤(71%固 定的碳)和1。/。小麥面粉粘合劑在環(huán)境溫度下混合并壓在一起進(jìn)入直徑 20mm、厚7mm的圓筒中，制成壓片。通過干燥除去壓片中殘余的水。 將干燥的壓片置于氧化鋁坩鍋中的焦炭渣床上，并移入管式爐中，該 管式爐在氬氣氛圍下被加熱到1675°C。當(dāng)壓片最初加入時(shí)，爐溫降低 約50°C的數(shù)量級。然后，溫度緩慢升回到起始溫度。加入壓片25分 鐘后，移出壓片并使其冷卻。變形和玻璃化的外觀表明壓片發(fā)生過熔 融并重新固化。根據(jù)定量X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)鐵的金屬化大于95%。 金屬鐵的平均顆粒尺寸大于500微米，且全部分離的顆粒中的95%的 大于75微米。幾乎所有的鐵均可從細(xì)小的富含鈦氧化物的相中通過碾 壓和使用200目的篩過篩而除去。耦合等離子體原子發(fā)射光語進(jìn)行的 元素分析確定，富含鈦氧化物的相含有87%的鈦氧化物(鈦含量以Ti02 計(jì)，總金屬氧化物濃度歸一為100%)。 X射線衍射分析表明，鈦大多 以Ti305形式存在，其中含有一些丁1203。圖4是從實(shí)施例3的產(chǎn)物中機(jī)械分離出的鐵顆粒的相片(全場寬 度12.5 mm)。圖5是通過研磨和過篩除去鐵顆粒后的小于75微米的渣產(chǎn)物的電 子顯微鏡圖(全場寬度115 pm)(將分離后的渣產(chǎn)物顆粒分散到樹脂 中，經(jīng)切割，拋光和在電子顯微鏡中成像，這樣殘余的鐵顆粒顯示為 白亮，而富含鈦氧化物顯示為灰色)。比較圖5和圖3，圖3的磨碎的 產(chǎn)物含有較多的鐵金屬，且鐵金屬顆粒小，這使得它們難以用機(jī)械方 法分離。然而，在圖5中所示的渣產(chǎn)物顯示出在經(jīng)過研磨和篩分分離 較大的鐵金屬顆粒(圖4)后，很少的鐵金屬顆粒殘留在固體渣產(chǎn)物中。圖6是研磨前與實(shí)施例3類似過程的產(chǎn)物的拋光后的橫截面。即使在采用相對較大比例尺的圖中，也可看到 一 些鐵顆粒。本發(fā)明的描述性的和優(yōu)選的實(shí)施方案中的描述并不對本發(fā)明的范 圍產(chǎn)生限制。在不脫離所附的權(quán)利要求的真實(shí)精神和范圍之內(nèi)可應(yīng)用 各種變換，替代構(gòu)建和等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于從含有鈦氧化物和氧化鐵的礦石中生產(chǎn)可分離的鐵和鈦氧化物的方法，包括(a)形成包含碳基的材料和礦石的結(jié)塊，結(jié)塊中碳的量足以在升高的溫度下將氧化鐵還原成氧化亞鐵，并形成富含氧化亞鐵的熔融渣，(b)將結(jié)塊引入移動(dòng)平底爐的碳床上；(c)在移動(dòng)平底爐中加熱結(jié)塊到足以還原和熔融結(jié)塊以產(chǎn)生富含氧化亞鐵的熔融渣的溫度；(d)在足以維持渣處于熔融態(tài)的爐溫下，通過氧化亞鐵和碳床中的碳的反應(yīng)對氧化亞鐵的熔融渣進(jìn)行金屬化；(e)在對氧化亞鐵的金屬化完成后，固化渣以形成富含氧化鈦渣的基質(zhì)，其中分布有多個(gè)金屬鐵顆粒；以及(f)從渣中分離金屬鐵顆粒，分離出金屬鐵后，該渣中含有基于基質(zhì)總重量計(jì)為大于85％的二氧化鈦。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中礦石是低等級的富含鈦氧化物和氧化 凌失的礦石。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中結(jié)塊具有的碳的量少于化學(xué)計(jì)量。
4. 4又利要求1的方法，其中礦石含有約30-約50%的《失氧化物。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中結(jié)塊中碳的量以結(jié)塊總重量計(jì)為約 0.5-約10%重量之間。
6. 權(quán)利要求l的方法，其中礦石是鈦鐵礦。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中礦石是鈦鐵礦沙，且結(jié)塊中碳的量基 于結(jié)塊總重量計(jì)為約1.0-約8.0%重量之間。
8. 權(quán)利要求1的方法，其中礦石是鈦鐵礦巖，且結(jié)塊中碳的量基 于結(jié)塊總重量計(jì)為約0.5-約5%重量之間。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中結(jié)塊含有多個(gè)礦石顆粒，其平均顆粒 尺寸直徑在約0.1-約l.Omm之間。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中爐內(nèi)用于生產(chǎn)富含氧化亞鐵熔融渣的 溫度在約1300。C-約1800。C之間。
11. 權(quán)利要求l的方法，其中爐內(nèi)用于生產(chǎn)富含氧化亞鐵熔融渣的 溫度在約1400。C-約1750。C之間。
12. 權(quán)利要求1的方法，其中爐內(nèi)用于生產(chǎn)富含氧化亞鐵熔融渣的溫度在約1500。C-約1700。C之間。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中爐內(nèi)用于使氧化亞鐵發(fā)生金屬化并保 持渣處于熔融狀態(tài)的溫度在約1500。C-約1800。C之間。
14. 權(quán)利要求1的方法，其中爐內(nèi)用于使氧化亞鐵發(fā)生金屬化并保 持渣處于熔融狀態(tài)的溫度在約1600。C-約1750。C之間。
15. 權(quán)利要求1的方法，其中爐內(nèi)用于使氧化亞鐵發(fā)生金屬化并保 持渣處于熔融狀態(tài)的溫度在約1600。C-約1700。C之間。
16. 權(quán)利要求l的方法，其中結(jié)塊的還原和熔融同時(shí)發(fā)生。
17. 權(quán)利要求1的方法，其中金屬化在足以將在熔融的渣中形成的 熔融鐵金屬小液滴熔合成大的熔融鐵的金屬液滴的條件下進(jìn)行。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中大的熔融鐵的金屬液滴的平均直徑 在約0.05-約10mm之間。
19. 權(quán)利要求1的方法，其中爐為隧道式爐、管式爐或旋轉(zhuǎn)平底爐。
20. —種富含氧化亞鐵的熔融渣的金屬化產(chǎn)物，包含在其中分布 有多個(gè)金屬鐵顆粒的富含氧化鈦的渣的基質(zhì)，該金屬鐵顆?？蓮难趸?鈦基質(zhì)中機(jī)械分離，機(jī)械分離出可機(jī)械分離的金屬鐵部分后，該基質(zhì) 含有基于基質(zhì)總重量計(jì)為大于85%的氧化鈦。
21. 權(quán)利要求20的金屬化產(chǎn)物，其中金屬化產(chǎn)物是通過以下方法 制成，該方法包4舌(a )形成包含碳基的材料和含有鈦氧化物和鐵氧化物的礦石 的結(jié)塊，結(jié)塊中碳的量足以在升高的溫度下將氧化鐵還原成氧化亞鐵， 并形成富含氧化亞鐵的熔融渣，(b) 將結(jié)塊引入移動(dòng)平底爐的碳床上；(c) 在移動(dòng)平底爐中加熱結(jié)塊到足以還原和熔融結(jié)塊以產(chǎn)生 富含氧化亞鐵的熔融渣的溫度；(d) 在足以維持渣處于熔融態(tài)的溫度下，通過氧化亞鐵和碳 床中的碳的反應(yīng)對熔融渣的氧化亞鐵進(jìn)行金屬化；以及(e )在氧化亞鐵的金屬化完成后固化渣以形成金屬化產(chǎn)物。
22. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中礦石是低等級的富含鈦氧化 物和氧化鐵的礦石。
23. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中結(jié)塊具有的碳的量少于化學(xué)計(jì)量。
24. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中礦石含有約30-約50%的鐵 氧化物。
25. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中結(jié)塊中碳的量基于結(jié)塊總重 量計(jì)為約0.5-約10%重量之間。
26. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中礦石是鈦鐵礦。
27. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中礦石是鈦鐵礦沙，且結(jié)塊中 碳的量基于結(jié)塊總重量計(jì)為約1.0-約8.0%重量之間。
28. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中礦石是鈦鐵礦巖，且結(jié)塊中 碳的量基于結(jié)塊總重量計(jì)為約0.5-約5%重量之間。
29. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中結(jié)塊含有多個(gè)礦石顆粒，其 平均顆粒尺寸直徑在約0.1-約l.Omm之間。
30. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中爐內(nèi)用于生產(chǎn)富含氧化亞鐵 熔融渣的溫度在約1300。C-約1800。C之間。
31. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中爐內(nèi)用于生產(chǎn)富含氧化亞鐵 熔融渣的溫度在約1400。C-約1750。C之間。
32. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中爐內(nèi)用于生產(chǎn)富含氧化亞鐵 熔融渣的溫度在約1500。C-約1700。C之間。
33. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中爐內(nèi)用于使氧化亞鐵發(fā)生金 屬化并保持渣處于熔融狀態(tài)的溫度在約1500。C-約1800。C之間。
34. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中爐內(nèi)用于使氧化亞鐵發(fā)生金 屬化并保持渣處于熔融狀態(tài)的溫度在約1600。C-約1750。C之間。
35. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中爐內(nèi)用于使氧化亞鐵發(fā)生金 屬化并保持渣處于熔融狀態(tài)的溫度在約1600。C-約1700。C之間。
36. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中結(jié)塊的還原和熔融同時(shí)發(fā)生。
37. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中金屬化在足以將熔融的渣中 形成的熔融鐵金屬小液滴熔合成大的熔融鐵的金屬液滴的條件下進(jìn) 行。
38. 權(quán)利要求37的金屬化產(chǎn)物，其中大的熔融鐵的金屬液滴的平 均直徑在約0.05-約10 mm之間。
39. 權(quán)利要求21的金屬化產(chǎn)物，其中爐為隧道式爐，管式爐或旋 轉(zhuǎn)平底爐。
全文摘要
本公開是關(guān)于一種用于從含有鈦氧化物和氧化鐵的礦石中生產(chǎn)可分離的鐵和鈦氧化物的方法，包括(a)形成包含碳基的材料和礦石的結(jié)塊，結(jié)塊中碳的量足以在升高的溫度下將氧化鐵還原成氧化亞鐵，并形成富含氧化亞鐵的熔融渣，(b)將結(jié)塊引入移動(dòng)平底爐的碳床上；(c)在移動(dòng)平底爐中加熱結(jié)塊到足以還原和熔融結(jié)塊以產(chǎn)生富含氧化亞鐵的熔融渣的溫度；(d)在足以維持渣處于熔融態(tài)的溫度下，通過氧化亞鐵和碳床中的碳的反應(yīng)對熔融渣的氧化亞鐵進(jìn)行金屬化；以及(e)在對氧化亞鐵的金屬化完成后，固化渣以形成富含氧化鈦渣的基質(zhì)，其中分布有多個(gè)金屬鐵顆粒；以及(f)從渣中分離金屬鐵顆粒，分離出金屬鐵后，該渣中含有基于基質(zhì)總重量計(jì)為大于85％的二氧化鈦。本公開還另外涉及富含氧化亞鐵的熔融渣的金屬化產(chǎn)物。
文檔編號C21B3/04GK101253277SQ200680031545
公開日2008年8月27日 申請日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者A·烏拉加米, D·阮, I·科巴亞施, J·J·巴恩斯, M·希諾, S·E·利克 申請人:納幕爾杜邦公司