專(zhuān)利名稱(chēng)：鈦鐵精礦直接還原-磁分離脫鐵技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種化學(xué)選礦技術(shù)，它是鈦鐵精礦直接還原一磁分離脫鐵技術(shù)。
(二)
背景技術(shù)：
川西南攀枝花市有特大釩鈦磁鐵礦，含Ti02地質(zhì)儲(chǔ)量8.98億t，占全國(guó)鈦資源》93%, 占全球鈦資源》59%。歷經(jīng)半世紀(jì)科技攻關(guān)，現(xiàn)己可將原礦含磁鐵礦、釩鐵礦、鈦鐵礦三大 組分經(jīng)選礦高效分離回收。對(duì)磁鐵、釩鐵礦冶煉，綜合利用都獲很高水平，己形成，并正在 形成巨大的經(jīng)濟(jì)效益。唯選出鈦鐵精礦粉脫鐵，用以加工生產(chǎn)鈦白粉，金屬鈦及鈦合物，仍 尚無(wú)理想的技術(shù)突破。2007年國(guó)產(chǎn)鈦白粉近80萬(wàn)t，有70多廠家生產(chǎn)。鈦鐵精礦脫鐵仍> 98%用落后、污染大且難治理的"硫酸法"。雖己有公司，可將"硫酸法"排污回收處理，獲 再生硫酸和鐵粉成功。但投資大，效益差，難推廣。
由鈦鐵精礦人工脫鐵獲含Ti02》85 9596的半成品，叫高鈦渣，又叫富鈦渣或人造金紅 石。是可替代資源全面枯竭的金紅石作加工制鈦白粉，金屬鈦及其它鈦合物的理想原料。本 發(fā)明即以鈦鐵精礦粉為原料生產(chǎn)高鈦渣的新方法。
將鈦鐵精礦粉，低能耗、低成本、清潔生產(chǎn)下加工成高鈦渣，是解決國(guó)產(chǎn)鈦鐵資源豐富 而含Ti02品位低，含(Ca0+Mg0)雜質(zhì)高，難以擺脫"硫酸法"污染難治的根本辦法。國(guó)內(nèi)外 已研究并工業(yè)化的方案不少，有鹽酸法、高壓鹽酸法、氯化銨法等等，但真正適宜大工業(yè)化 生產(chǎn)的，只有電爐熔煉法一種。近年引進(jìn)幾臺(tái)年產(chǎn)萬(wàn)t電爐熔煉法裝置試生產(chǎn)，因攀礦鈦鐵 精粉含(Ca0+Mg0)》6%，渣呈強(qiáng)堿性，特粘，F(xiàn)e—Ti02粘度大，分離性能差，若添加稀渣 ^fj，增加了成本，也使高鈦渣品位下降，對(duì)綜合加工帶來(lái)困難。更重要，電爐脫鐵耗電特高， 產(chǎn)品含Ti02—噸，耗電2800 3200度，去年全國(guó)取消除化肥業(yè)以外用電優(yōu)惠政策以后，電 爐熔煉脫鐵，已無(wú)利可言，難發(fā)展。
中國(guó)鈦鐵精礦脫鐵，必須另創(chuàng)新路！
本項(xiàng)發(fā)明人，曾學(xué)煉鋼，在1959年版《煉鋼學(xué)》課本上有"海綿鐵的現(xiàn)代冶煉法"一節(jié)， 強(qiáng)調(diào)在950 1200"C間低溫還原，使氧化鐵脫氧成固態(tài)海綿狀純鐵，可不吸碳?？杀苊狻?200 t:時(shí)鐵因吸碳成Fe3C與周?chē)冭F構(gòu)成最低熔點(diǎn)1140"C的生鐵。在出爐前，再加熱到1200 1300'C間攪拌下，促使鐵質(zhì)微粒團(tuán)聚長(zhǎng)大成粗鐵砂，出爐后馬上入水急冷，使鐵與Ti(V渣因 膨脹系數(shù)相差大產(chǎn)生裂隙，再過(guò)球磨，使解離成單體，過(guò)磁選分出鐵粒與TiOs渣。該文特別 指出對(duì)于含大量鉻或鈦的鐵礦也有可能利用這個(gè)方法來(lái)冶煉?！鼮楸景l(fā)明指出了方向。 "大煉鋼鐵"時(shí)曾讀過(guò)二戰(zhàn)中，日本人在朝鮮用直接還原法大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)海綿狀鐵粒的報(bào)導(dǎo)。 在1983年版，前蘇聯(lián)學(xué)者M(jìn)E.波任等著《無(wú)機(jī)鹽工藝學(xué)》下冊(cè)第40章"礦石的高溫氧化的 ^J"—章439頁(yè)下"鈦鐵礦脫鐵的方法" 一章中，就談到直接還原氧化鐵成純鐵，用磁分 離法脫除Ti02渣中之鐵的描寫(xiě)。但僅僅提及原理而已，幾十字的概述，至今尚未査到有價(jià)值 的產(chǎn)業(yè)報(bào)導(dǎo)，未見(jiàn)有與本法一致的相關(guān)專(zhuān)利公開(kāi)。
(三>

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明內(nèi)容是i
1、鈦鐵精礦粉用氫氣、或天然氣、人造煤氣，也可用焦粉、煤末、燃油、油渣作還原劑， 入爐(沸騰爐、回轉(zhuǎn)爐或其它爐子均可)，控制溫度在950 1200'C之間直接還原成固態(tài)海綿 鐵和Ti02渣。2、 還原好料，出爐前加熱到1200 1300'C間，強(qiáng)攪拌下使鐵微粒與Ti02渣，分別團(tuán)聚 長(zhǎng)大后出爐入水急冷。
3、 撈出水冷豐斗經(jīng)充分球磨使鐵粒與Ti02渣分成單體。
4、 球磨好料過(guò)磁選機(jī)，分出鐵砂和Ti02渣，對(duì)鐵一Ti02不易分之料返回1200 1300°C 爐內(nèi)再加熱，攪拌處理。
5、 獲TK)2渣，以含F(xiàn)eCb水溶液洗除殘鐵及溶解Mg、 Ca、 Al等氧化物后，水漂洗甩千 含水，熱風(fēng)干燥獲高鈦渣產(chǎn)品，含1002》85 95%間即主產(chǎn)品。洗水氧化再生，不贅述。
(四)技術(shù)實(shí)施
技術(shù)實(shí)施
1、依川西具體條件，選天然氣作還原劑最佳。還原爐用雙層沸騰爐因爐溫易精準(zhǔn)控制, 反應(yīng)快、效率高、造價(jià)低、節(jié)能，開(kāi)爐后將礦粉(很細(xì)一200目的，多半可一350目)由爐頂 輸入，在頂層被預(yù)熱到750土50'C，同時(shí)晶粒轉(zhuǎn)型利于還原反應(yīng)，大約頂層預(yù)熱40分鐘，預(yù) 熱料下到底沸騰層，在1050土50'C最佳溫度下沸騰還原80~90分鐘，爐溫〈100O'C，反應(yīng) 太慢，爐溫》1100。C，礦粉易粘爐壁，均不好；還原好料出沸騰爐入短型回轉(zhuǎn)爐加熱1200— 1300TC下強(qiáng)攪拌2h，出爐入水。
2、 由水中撈起爐料，入球磨機(jī)，球磨40 60分鐘，觀察Fe—Ti&2基本解離，可放料入 磁選機(jī)，分離出鐵砂和Ti(V渣，對(duì)Fe—Ti&分離不好"生料"返回短回轉(zhuǎn)爐加熱攪拌處理。
3、 得Ti(V渣，再以1 1.5mol/lFeCl3水溶液洗去殘鐵，同時(shí)Ca、 Mg、 Al等的氧化物也 被溶解，洗凈脫鐵Ti(V渣，甩干，熱風(fēng)干燥為含1102》85 95%高鈦渣產(chǎn)品，鐵砂為附產(chǎn)品。 FeCl3洗水、鼓風(fēng)處理可回收些Pe(0H)3，溶液循環(huán)用，循環(huán)中Mg、 Ca、 Al等鹽類(lèi)積累，應(yīng)抽 取部分分離回收，老工藝，不贅述。
4、 攀礦鈦鐵精粉礦，屬原生巖礦，粒度-200、 -350目者占多數(shù)，平均Ti0247%、 Fe033. 5%、 Fe2038. 2%、 (Ca0+Mg0)》6%及Si02、 "203等，
還原主反應(yīng)3FeO+CH4=3Fe+2H20+CO_&7大卡/摩爾
Fe2(k+€H4=2Fe+2H20+C0—72. 9大卡/摩爾
礦中1102、 Si02、 A1203、 Ca0、 Mg0能被還原的可視為零，則每t礦中僅有 6. 2千摩爾0 原子需要還原，則lt礦還原用天然氣理論上54Nm3就夠了 (天然氣含(:&90%計(jì))還原反應(yīng)吸 熱才〈14萬(wàn)大卡/t， 20Nm3天然氣夠了，但爐氣、爐料帶走熱、爐壁散熱等等實(shí)際耗熱是反 應(yīng)理論需熱的3-4倍以上，爐子大、先進(jìn)實(shí)耗熱少點(diǎn)，反之就高。今以3.5t/h產(chǎn)能雙層沸騰 爐計(jì)，每噸礦需耗天然氣220-240 Nm3，其中參與還原反應(yīng)得約1/4，燃燒者30%，不燃燒作 強(qiáng)化還原性的天然氣占45%，爐尾氣中可燃?xì)獬煞軨02》2:l，才能有足夠的還原性氣氛，上 述每噸礦耗空氣600Nm3。這種爐產(chǎn)尾氣，除塵后，通入鍋爐再燃燒，可產(chǎn)蒸汽，規(guī)模大，可 供發(fā)電，可回收一半多燃?xì)鉄崮堋?br> 5、 攀礦鈦鐵精礦內(nèi)含Ti02與(FeOfFe203)及A1、 Mg、 Ca氧化物，是分子級(jí)結(jié)核體，尤 其Ti02與鐵氧化物，摩爾比幾乎為l,高度分散，還原后，只有加熱到1200-130(TC，在快熔 又不熔下長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)攪拌，反復(fù)碰砸，才可使微Fe粒聚集長(zhǎng)大，Ti02也相對(duì)集中，激冷后，溫度 巨變，F(xiàn)e"-Ti02膨脹系數(shù)之差擴(kuò)大，產(chǎn)生裂隙，經(jīng)球磨使裂隙擴(kuò)大，分成單體，才可磁分離，故沸騰上層預(yù)熱、晶型改變(砂礦無(wú)需晶型轉(zhuǎn)變)、下層固態(tài)還原成鐵、出沸騰爐入回轉(zhuǎn)爐 120a-1300r下強(qiáng)攪拌使Fe—Tia分別相對(duì)團(tuán)聚長(zhǎng)大、到水激冷、球磨、磁分離、步步有理， 一步不能少，是本發(fā)明精典之作，特色。
6、用氫氣、天然氣作還原劑，不帶入雜質(zhì)，比用焦、煤質(zhì)量上有保證，價(jià)格上貴些，一 是熱能多半可入鍋爐再燃燒時(shí)收回，另外用尾氣顯熱經(jīng)換熱器預(yù)熱入爐空氣,可減少能耗10 15%。因比煤焦少了煤灰對(duì)高鈦渣的質(zhì)量、鐵砂質(zhì)量的負(fù)面影響，鈦渣、鐵砂因而會(huì)多賣(mài)錢(qián)， 細(xì)算下來(lái)，以每小時(shí)3. 5t鈦鐵礦用本法脫鐵，可附產(chǎn)lt鐵砂，產(chǎn)1. 6 1. 7t含Ti02"90% 高鈦渣，賣(mài)掉lt鐵砂可收回天然氣、用電、拆舊、人工等費(fèi)用，尚有點(diǎn)盈余，而按市價(jià)90% 出售高鈦渣，獲利稅近一半，用電僅電爐法1/14左右，優(yōu)勢(shì)以往各法難比，意義重大。
權(quán)利要求
1、選天然氣作還原劑。還原爐用雙層沸騰爐因爐溫易精準(zhǔn)控制，反應(yīng)快、效率高、造價(jià)低、節(jié)能，開(kāi)爐后將礦粉(很細(xì)-200目的，多半可-350目)由爐頂輸入，在頂層被預(yù)熱到750±50℃，同時(shí)晶粒轉(zhuǎn)型利于還原反應(yīng)，大約頂層預(yù)熱40分鐘，預(yù)熱料下到底沸騰層，在1050±50℃最佳溫度下沸騰還原80～90分鐘，爐溫＜1000℃，反應(yīng)太慢，爐溫≥1100℃，礦粉易粘爐壁，均不好；還原好料出沸騰爐入短型回轉(zhuǎn)爐加熱1200-1300℃下強(qiáng)攪拌2h，出爐入水。
2、 由水中撈起爐料，入球磨機(jī)，球磨40 60分鐘，觀察Fe—Ti02基本解離，可放料入磁選機(jī)，分離出鐵砂和Ti02渣，對(duì)Fe—Ti02分離不好"生料"返回短回轉(zhuǎn)爐加熱攪拌處理。
3、 得Ti(V渣，再以1 1.5mol/lFeCl3水溶液洗去殘鐵，同時(shí)Ca、 Mg、 Al等的氧化物也被溶解，洗凈脫鐵Ti02渣，甩干，熱風(fēng)干燥為含1102》85 95%高鈦渣產(chǎn)品，鐵砂為附產(chǎn)品。FeCL洗水、鼓風(fēng)處理可回收些Fe(OH)3，溶液循環(huán)用，循環(huán)中Mg、 Ca、 Al等鹽類(lèi)積累，應(yīng)抽取部分分離回收，老工藝，不贅述。
4、 攀礦鈦鐵精粉礦，屬原生巖礦，粒度-200、 -350目者占多數(shù)，平均Ti0247%、 Fe033.5%、Fe2038. 2%、 (CaO+MgO) >6%及Si。2、為03等，還原主反應(yīng)3FeO+CH4=3Fe+2H20+CO—67大卡/摩爾Fe2O3+CH4=2Fe+2H20+C0—72. 9大卡/摩爾礦中Ti(U SiQ2、 A1A、 CaO、 MgO能被還原的可視為零，則每t礦中僅有~6.2千摩爾0原子需要還原，則lt礦還原用天然氣理論上54Nm3就夠了 (天然氣含(:&90%計(jì))還原反應(yīng)吸熱才〈14萬(wàn)大卡/t， 20 Nra3天然氣夠了，但爐氣、爐料帶走熱、爐壁散熱等等實(shí)際耗熱是反應(yīng)理論需熱的3-4倍以上，爐子大、先進(jìn)實(shí)耗熱少點(diǎn)，反之就高。今以3.5t/h產(chǎn)能雙層沸騰爐計(jì)，每噸礦需耗天然氣220-240 Nm3，其中參與還原反應(yīng)得約1/4，燃燒者30%,不燃燒作強(qiáng)化還原性的天然氣占45%,爐尾氣中可燃?xì)獬煞軨02》2:l，才能有足夠的還原性氣氛，上述每噸礦耗空氣600Nnt3。這種爐產(chǎn)尾氣，除塵后，通入鍋爐再燃燒，可產(chǎn)蒸汽，規(guī)模大，可供發(fā)電，可回收一半多燃?xì)鉄崮堋?br> 5、 攀礦鈦鐵精礦內(nèi)含Ti02與(Fe0+Fe203)及A1、 Mg、 Ca氧化物，是分子級(jí)結(jié)核體，尤其Ti02與鐵氧化物，摩爾比幾乎為l，高度分散，還原后，只有加熱到1200-1300°C，在快熔又不熔下長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)攪拌，反復(fù)碰砸，才可使微Fe粒聚集長(zhǎng)大，Ti02也相對(duì)集中，激冷后，溫度巨變，F(xiàn)e—Ti02膨脹系數(shù)之差擴(kuò)大，產(chǎn)生裂隙，經(jīng)球磨使裂隙擴(kuò)大，分成單體，才可磁分離，故沸騰上層預(yù)熱、晶型改變(砂礦無(wú)需晶型轉(zhuǎn)變)、下層固態(tài)還原成鐵、出沸騰爐入回轉(zhuǎn)爐12,1300'C下強(qiáng)攪拌使Fe—Ti02分別相對(duì)團(tuán)聚長(zhǎng)大、到水激冷、球磨、磁分離、步步有理，一步不能少。
6、 用氫氣、天然氣作還原劑，不帶入雜質(zhì)，比用焦、煤質(zhì)量上有保證，價(jià)格上貴些，一是熱能多半可入鍋爐再燃燒時(shí)收回，另外用尾氣顯熱經(jīng)換熱器預(yù)熱入爐空氣，可減少能耗10 15%。因比煤焦少了煤灰對(duì)高鈦渣的質(zhì)量、鐵砂質(zhì)量的負(fù)面影響，鈦渣、鐵砂因而會(huì)多賣(mài)錢(qián)，細(xì)算下來(lái)，每小時(shí)3. 5t鈦鐵礦用本法脫鐵，可附產(chǎn)lt鐵砂，產(chǎn)1. 6 1. 7t含TiO產(chǎn)90 i高鈦渣，賣(mài)掉U鐵砂可收回天然氣、用電、拆舊、人工等費(fèi)用，尚有點(diǎn)盈余，而按市價(jià)90%出售高鈦渣，獲利稅近一半，用電僅電爐法1/14左右。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)選礦新方法，是鈦鐵精礦直接還原-磁分離脫鐵技術(shù)，它是1.鈦鐵精礦粉用氫氣或天然氣、人造煤氣、或焦粉煤末，或燃油、油渣等還原劑在950～1200℃間直接還原氧化鐵，使其脫氧成固態(tài)鐵；2.已還原礦料再經(jīng)加熱到1200-1300℃間強(qiáng)攪拌下使鐵微粒團(tuán)聚成鐵砂鐵豆?fàn)?，并出爐入水激冷；3.對(duì)冷卻礦料過(guò)球磨機(jī)，使Fe-TiO₂渣分離；4.球磨好料，過(guò)磁選機(jī)，分出鐵砂和鈦渣；5.獲鈦渣用FeCl₃水洗去殘留鐵，得TiO₂≥85～95％間高鈦渣。
文檔編號(hào)C22B34/12GK101624658SQ20081004551
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者朱作遠(yuǎn), 陳棟才 申請(qǐng)人:朱作遠(yuǎn);陳棟才