钒钛磁铁精矿中钛铁分离技术研究

钒钛磁铁精矿中钛铁分离技术研究

  • 2019年11月01日 09:11
  • 来源:中国铁合金网

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  • 关键字:钛铁 钢铁 铁合金 钛精矿 海绵钛
[导读]中国铁合金网讯:摘 要:介绍了钒钛磁铁矿的资源概况、钒钛磁铁矿精矿综合利用现状及钒钛磁铁精矿中钛铁分离的意义,主要从高炉法、非高炉工艺、选矿工艺和其它钛铁分离技术等几个方面综述了目前国内外钒钛磁铁精矿中钛铁分离的研究进展。综合比较非高炉工艺,采用直接还原—磨选...

中国铁合金网讯:摘 要:介绍了钒钛磁铁矿的资源概况、钒钛磁铁矿精矿综合利用现状及钒钛磁铁精矿中钛铁分离的意义,主要从高炉法、非高炉工艺、选矿工艺和其它钛铁分离技术等几个方面综述了目前国内外钒钛磁铁精矿中钛铁分离的研究进展。综合比较非高炉工艺,采用直接还原—磨选法,铁和钛的金属转化率高、能耗小,铁精矿和钛精矿品位相对较高,该工艺发展前景广阔。采用化学—物理联合选矿新工艺处理钒钛磁铁精矿,解决了物理选矿流程不能从根本上解决钛铁紧密共生的问题,该新工艺流程短、成本低且钛铁回收率和品位较高,对实现钒钛磁铁精矿中钛铁分离具有明显优势。因此,针对钒钛磁铁精矿中钛铁分离研究现状,研究新型、高效、环保、廉价的还原剂和环保、低成本、来源广泛的添加剂是今后非高炉工艺处理钒钛磁铁精矿的研究热点。另外,开发流程短、成本低、操作简单的选矿新工艺是未来实现钒钛磁铁精矿中钛铁分离的主要发展方向。

关键字

钒钛磁铁精矿  钛铁分离  高炉法  非高炉工艺  选矿工艺

钒钛磁铁矿是一种以铁、钒、钛为主的复合铁矿石,是我国最主要的钛资源来源之一。我国钒钛磁铁矿主要分布在攀西地区,该地区钒钛磁铁矿中钛和钒资源分别占全国总储量的93%和63%。钒钛磁铁精矿是钒钛磁铁矿经矿石选别获得的主要产品之一,在矿石选别过程中约89%的钒和52%的钛资源进入钒钛磁铁精矿,与其他铁矿石资源相比,钒钛磁铁矿具有较高的综合利用价值。随着经济的发展,各国对铁、钛、钒资源的需求逐渐增加,因此实现钒钛磁铁精矿中铁、钛、钒的有效分离,对提高钒钛磁铁精矿的综合利用具有重要意义。本文主要论述了钒钛磁铁精矿中钛铁分离的研究进展,并提出了未来钒钛磁铁精矿中钛铁分离的研究方向。

1钒钛磁铁矿的矿物特征及其还原机理

钒钛磁铁矿结构比较复杂,与其他矿石相比存在很大区别,钒钛磁铁矿中的铁不仅以氧化物的状态存在,也与钛等元素形成多种矿物。其中铁主要富集在钛磁铁矿(由Fe3O4、钛铁晶石2FeO•TiO2、钛铁矿FeO•TiO2构成的复合体)中,TiO2主要富集在钛铁矿(FeTiO3)和钛磁铁矿中。钒钛磁铁精矿中钛的存在状态极其复杂,有多种形式,并且钛和铁紧密共生。钒钛磁铁精矿多采用还原技术处理,钒钛磁铁精矿氧化焙烧后磁铁矿被氧化成赤铁矿,钛铁晶石和钛铁矿被氧化成铁板钛矿,然后赤铁矿(Fe2O3)和铁板钛矿(Fe2O3·TiO2)按照如下途径进行还原。

2高炉法

高炉法是处理钒钛磁铁精矿的主要方法。目前,在我国和俄罗斯已实现工业化。利用高炉—转炉法处理钒钛磁铁精矿,无法实现钛铁有效分离,钒钛磁铁精矿中的钛资源经高炉冶炼后几乎全部进入渣相,形成TiO2含量为20%~25%的高炉渣,由于高炉渣粒度分布不均,且钛组分在高炉渣中分布比较分散,导致该高炉渣难以有效利用,造成钛资源的极度浪费。目前,针对攀钢的含钛高炉渣进行了大量研究,从含钛高炉渣中提取钛资源,虽取得了一定的突破,但短时间内无法实现钛资源的大规模回收利用。因此开发钛铁分离新工艺,提高钛资源利用率是目前亟待解决的问题。

采用高炉法处理钒钛磁铁精矿时钛资源几乎完全被浪费,近几年,为了提高钒钛磁铁精矿中钛资源利用率,实现钛铁有效分离,相关学者进行了大量研究,主要从非高炉工艺、选矿工艺和其它钛铁分离技术等几个方面展开。

3非高炉工艺

近几年,采用非高炉工艺处理钒钛磁铁精矿实现钒钛磁铁精矿中钛铁有效分离成为目前研究的热点。根据非高炉法处理钒钛磁铁精矿的方式可分为以下几种方法。

3.1 预还原—电炉法

预还原—电炉法是采用预还原和深还原工艺处理钒钛磁铁精矿,该工艺可获得铁回收率达到90%左右,钛渣中TiO2含量为50%~60%的指标,但该钛渣的利用难度较大。为了提高钛资源利用率,刘功国在该工艺基础上添加提钛工艺,针对该工艺采取实验室与工业试验相结合的试验方式,解决了钛渣中钛资源利用率低的难题,获得了钒钛磁铁精矿钛回收率达到90.77%、铁回收率为72.65%的指标。

3.2 直接还原—磨选法

直接还原—磨选法也称为直接还原—磁选法,其基本流程是在固态条件下将钒钛磁铁精矿中铁的氧化物还原为单质铁,而钒钛以氧化物的形式存在,产品还原后经细磨、磁选可获得铁粉精矿和钛渣。

目前,直接还原—磁选法是大部分学者较关注的工艺流程,攀钢集团对该工艺进行过详细研究,发现该工艺处理钒钛磁铁精矿可使铁精矿中的铁品位和回收率高于90%,并获得TiO2品位高于50%的钛精矿。钛渣经磁选可除去非磁性杂质得到TiO2含量为96.4%的钛精矿,钛精矿经电弧炉熔炼后可获得金属钛或钛合金。

东北大学针对直接还原—磁选工艺也进行了大量研究,薛向欣等将钒钛磁铁精矿、煤粉和3%的聚乙烯醇混合,压膜成型后进入电阻炉还原60~300min,还原过程中保证C与O摩尔比为1.2~1.4,经破碎细磨至粒度达到-0.074mm,在磁场强度为120~240kA/m条件下,经磁选分离可获得铁品位为85%~90%的铁精矿和钛含量为60%~70%的钛渣,铁的回收率可达到90%~95%。杨永霞等采用“固态还原—磨矿—磁选”新工艺,向钒钛磁铁精矿中加入质量分数为13%的无烟煤和2%的硫酸钠作为添加剂,在1250℃下还原120min,该工艺金属转化率达到95%,经磨矿—磁选后,可获品位分别为50%的钛精矿和70%的铁精矿。

为了综合利用钒钛磁铁精矿中有价元素,白云等采用该技术处理钒钛磁铁精矿,研究发现还原温度和碳铁摩尔比对铁钒钛组分迁移富集影响较大,在最佳条件下可获得金属转化率为92.8%的指标,实现铁和钛的分离。综合可知,直接还原—磁选法处理钒钛磁铁精矿,在还原过程加入添加剂可促进铁晶粒长大,易于还原,提高铁和钛分离效果,铁和钛的金属转化率较高,能耗小,该工艺获得的铁精矿和钛精矿品位相对较高,实现了铁和钛的有效分离。

3.3 直接还原—浸出法

直接还原—浸出法是将钒钛磁铁精矿经还原后采用浸出法处理。如李朋采用固态还原法探究钒钛磁铁矿中铁与钒钛分离效果,研究发现向钒钛磁铁精矿中添加13%的还原剂、3%的碳酸钙和0.3%的氟化钙,在1100℃下还原2 h,可加快还原速率,提高金属转化率,获得铁含量为61.10%的还原产品,采用氯化铁浸出分离,在浸出温度为30℃、液固比为6、Fe3+浓度为500 g/L条件下浸出30 min,可在浸出过程中除去大部分铁,有效实现铁和钛组分的分离。

3.4 钠化提钒—预还原—电炉法

钠化提钒—预还原—电炉法是将钒钛磁铁精矿和钠盐混合,然后造球进行钠化焙烧,焙烧后经还原电炉熔分后实现钛铁分离。攀西地区的钒钛磁铁精矿经过此工艺处理后,铁回收率达到90%左右,钛渣中TiO2含量超过50%,但目前该工艺仅用于提钒。

3.5 钠化焙烧—磨选法

钠化焙烧—磨选法又被称为铁钒钛同时提取流程采用该工艺处理钒钛磁铁精矿可获得还原铁粉、钛酸钠和钒酸钠。日本对该工艺进行了大量研究,发现向钒钛磁铁矿砂中加入30%的碳酸钠和25%的无烟煤后在1000℃下还原焙烧2h后进行磨选,可获得铁品位97%的金属铁,钛的回收率达到95%,与其他冶炼方法相比,该工艺可一步实现钒钛磁铁精矿中钛铁的有效分离,但该工艺生产规模较小,并且钒酸钠的生成条件要求较高。

综上所述,非高炉新工艺可实现钒钛磁铁精矿中钛铁分离,提高钛资源利用率。与其他几种技术相比,直接还原—磨选法处理钒钛磁铁精矿应用较广,其分离效果较好,金属转化率高,铁精矿和钛精矿品位相对较高且能耗相对较小。因此,采用直接还原—磨选法具有较好的发展前景。

4选矿工艺

国内外利用选矿工艺处理钒钛磁铁矿主要采用“阶段磨矿—弱磁选铁—强磁选钛”流程,传统的选矿工艺处理钒钛磁铁矿,钛铁分离效果不好。袁来敏为了实现钒钛磁铁矿中钛铁分离,采用“弱磁选—强磁选—浮选”工艺流程,该工艺可获得铁品位为55.04%的铁精矿和钛品位为45.11%的钛精矿,铁和钛回收率分别可达89.18%和90.64%。曾小波等针对钒钛磁铁矿性质进行选矿试验研究,发现当采用“预分选—阶段磨矿”和“强磁—浮选”工艺,可获得铁品位为60.42%的铁精矿和钛品位为46.23%的钛精矿,钛回收率达到71.24%。

目前,采用物理选矿流程可实现钛铁分离,但由于铁和钛紧密共生,其分离效果不好,获得的钛精矿品位不高。鞍钢集团矿业公司对钒钛磁铁精矿中钛铁分离的选矿流程进行了大量研究,开辟了化学—物理联合选矿新工艺处理钒钛磁铁精矿新工艺,并提出多种处理钒钛磁铁精矿的方法。共同之处均采用氧化碱浸的方法处理钒钛磁铁精矿,即在钒钛磁铁精矿中加入质量分数为5%~52%的碱溶液(NaOH溶液或KOH溶液或两者的混合物)以及氧化剂(20~120psi的O2或50~200kg/t的H2O2),在220~330℃下碱浸反应0.5~2h后,进入过滤作业,获得碱浸滤饼。区别在于碱浸滤饼加水形成的滤饼浆是否经过脱泥作业和旋流器分级后沉砂作业。通过对比发现采用氧化碱浸—脱泥—重选的方法处理钒钛磁铁精矿,钛铁分离效果相对较好,可获得钛品位50%~75%的钛精矿和铁品位为65%~70%的铁精矿

上述研究表明,采用化学—物理联合选矿新工艺处理钒钛磁铁精矿,与传统的物理选矿技术相比,该选矿新工艺流程短,操作简单,且钛铁回收率和品位较高。未来化学—物理联合选矿新工艺在实现钒钛磁铁精矿中钛铁分离方面具有较好的应用前景。

5其它钛铁分离技术

近年来选矿工作者又研究了其它实现钒钛磁铁精矿中钛铁分离的新技术。例如吴恩辉等采用酸浸法,将钒钛磁铁精矿和质量分数为15%~20%的盐酸按1∶6进行混合,在温度为75~95℃进行浸出,获得浸出液和TiO2品位为34%~38%的钛中矿,盐酸浸出过程可使钛回收率达到92%,铁回收率高于82%。该酸浸法操作简单、温度低、能耗小,可在常压下实现钛铁分离。

6结论及展望

钒钛磁铁精矿中铁、钒、钛资源丰富,实现钒钛磁铁精矿中钛铁分离对提高钛资源利用率具有重要意义。近年来,众多学者针对钒钛磁铁精矿中钛铁分离进行研究,并取得了显著成果。

(1)综合比较非高炉工艺,直接还原—磨选法在还原过程中铁和钛的金属转化率高、能耗小,铁精矿和钛精矿品位相对较高,该工艺发展前景广阔。

(2)采用化学—物理联合选矿新工艺处理钒钛磁铁精矿,解决了物理选矿流程不能从根本上解决钛铁紧密共生的问题,该选矿新工艺流程短,成本低且钛铁回收率和品位较高,对实现钒钛磁铁精矿中钛铁分离具有明显优势,且具有较好的应用前景。

(3)针对钒钛磁铁精矿中钛铁分离研究现状,非高炉工艺还原温度较高,因此降低还原温度、研究新型、高效、环保、廉价的还原剂和环保、低成本、来源广泛的添加剂是今后非高炉工艺处理钒钛磁铁精矿的研究热点。另外,开发流程短、成本低、操作简单的选矿新工艺是未来实现钒钛磁铁精矿中钛铁分离的主要发展方向。

引用格式

郭客,张志强,王绍艳,宋仁峰,林岩.钒钛磁铁精矿中钛铁分离技术研究[J].金属矿山,2019(8):113-119.

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