鈦鐵精礦直接還原-磁分離脫鐵技術的制作方法

專利名稱：鈦鐵精礦直接還原-磁分離脫鐵技術的制作方法
技術領域：
本發明提供一種化學選礦技術，它是鈦鐵精礦直接還原一磁分離脫鐵技術。
(二)
背景技術：
川西南攀枝花市有特大釩鈦磁鐵礦，含Ti02地質儲量8.98億t，占全國鈦資源》93%, 占全球鈦資源》59%。歷經半世紀科技攻關，現己可將原礦含磁鐵礦、釩鐵礦、鈦鐵礦三大 組分經選礦高效分離回收。對磁鐵、釩鐵礦冶煉，綜合利用都獲很高水平，己形成，并正在 形成巨大的經濟效益。唯選出鈦鐵精礦粉脫鐵，用以加工生產鈦白粉，金屬鈦及鈦合物，仍 尚無理想的技術突破。2007年國產鈦白粉近80萬t，有70多廠家生產。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 發明即以鈦鐵精礦粉為原料生產高鈦渣的新方法。
將鈦鐵精礦粉，低能耗、低成本、清潔生產下加工成高鈦渣，是解決國產鈦鐵資源豐富 而含Ti02品位低，含(Ca0+Mg0)雜質高，難以擺脫"硫酸法"污染難治的根本辦法。國內外 已研究并工業化的方案不少，有鹽酸法、高壓鹽酸法、氯化銨法等等，但真正適宜大工業化 生產的，只有電爐熔煉法一種。近年引進幾臺年產萬t電爐熔煉法裝置試生產，因攀礦鈦鐵 精粉含(Ca0+Mg0)》6%，渣呈強堿性，特粘，Fe—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，對綜合加工帶來困難。更重要，電爐脫鐵耗電特高， 產品含Ti02—噸，耗電2800 3200度，去年全國取消除化肥業以外用電優惠政策以后，電 爐熔煉脫鐵，已無利可言，難發展。
中國鈦鐵精礦脫鐵，必須另創新路！
本項發明人，曾學煉鋼，在1959年版《煉鋼學》課本上有"海綿鐵的現代冶煉法"一節， 強調在950 1200"C間低溫還原，使氧化鐵脫氧成固態海綿狀純鐵，可不吸碳。可避免》1200 t:時鐵因吸碳成Fe3C與周圍純鐵構成最低熔點1140"C的生鐵。在出爐前，再加熱到1200 1300'C間攪拌下，促使鐵質微粒團聚長大成粗鐵砂，出爐后馬上入水急冷，使鐵與Ti(V渣因 膨脹系數相差大產生裂隙，再過球磨，使解離成單體，過磁選分出鐵粒與TiOs渣。該文特別 指出對于含大量鉻或鈦的鐵礦也有可能利用這個方法來冶煉。——它為本發明指出了方向。 "大煉鋼鐵"時曾讀過二戰中，日本人在朝鮮用直接還原法大規模生產過海綿狀鐵粒的報導。 在1983年版，前蘇聯學者ME.波任等著《無機鹽工藝學》下冊第40章"礦石的高溫氧化的 ^J"—章439頁下"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。但僅僅提及原理而已，幾十字的概述，至今尚未査到有價值 的產業報導，未見有與本法一致的相關專利公開。
(三>

發明內容
本發明內容是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海綿 鐵和Ti02渣。2、 還原好料，出爐前加熱到1200 1300'C間，強攪拌下使鐵微粒與Ti02渣，分別團聚 長大后出爐入水急冷。
3、 撈出水冷豐斗經充分球磨使鐵粒與Ti02渣分成單體。
4、 球磨好料過磁選機，分出鐵砂和Ti02渣，對鐵一Ti02不易分之料返回1200 1300°C 爐內再加熱，攪拌處理。
5、 獲TK)2渣，以含FeCb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，熱風干燥獲高鈦渣產品，含1002》85 95%間即主產品。洗水氧化再生，不贅述。
(四)技術實施
技術實施
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控制, 反應快、效率高、造價低、節能，開爐后將礦粉(很細一200目的，多半可一350目)由爐頂 輸入，在頂層被預熱到750土50'C，同時晶粒轉型利于還原反應，大約頂層預熱40分鐘，預 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 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爐加熱1200— 1300TC下強攪拌2h，出爐入水。
2、 由水中撈起爐料，入球磨機，球磨40 60分鐘，觀察Fe—Ti&2基本解離，可放料入 磁選機，分離出鐵砂和Ti(V渣，對Fe—Ti&分離不好"生料"返回短回轉爐加熱攪拌處理。
3、 得Ti(V渣，再以1 1.5mol/lFeCl3水溶液洗去殘鐵，同時Ca、 Mg、 Al等的氧化物也 被溶解，洗凈脫鐵Ti(V渣，甩干，熱風干燥為含1102》85 95%高鈦渣產品，鐵砂為附產品。 FeCl3洗水、鼓風處理可回收些Pe(0H)3，溶液循環用，循環中Mg、 Ca、 Al等鹽類積累，應抽 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，平均Ti0247%、 Fe033. 5%、 Fe2038. 2%、 (Ca0+Mg0)》6%及Si02、 "203等，
還原主反應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)還原反應吸 熱才〈14萬大卡/t， 20Nm3天然氣夠了，但爐氣、爐料帶走熱、爐壁散熱等等實際耗熱是反 應理論需熱的3-4倍以上，爐子大、先進實耗熱少點，反之就高。今以3.5t/h產能雙層沸騰 爐計，每噸礦需耗天然氣220-240 Nm3，其中參與還原反應得約1/4，燃燒者30%，不燃燒作 強化還原性的天然氣占45%，爐尾氣中可燃氣成份C02》2:l，才能有足夠的還原性氣氛，上 述每噸礦耗空氣600Nm3。這種爐產尾氣，除塵后，通入鍋爐再燃燒，可產蒸汽，規模大，可 供發電，可回收一半多燃氣熱能。
5、 攀礦鈦鐵精礦內含Ti02與(FeOfFe203)及A1、 Mg、 Ca氧化物，是分子級結核體，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 又不熔下長時強攪拌，反復碰砸，才可使微Fe粒聚集長大，Ti02也相對集中，激冷后，溫度 巨變，Fe"-Ti02膨脹系數之差擴大，產生裂隙，經球磨使裂隙擴大，分成單體，才可磁分離，故沸騰上層預熱、晶型改變(砂礦無需晶型轉變)、下層固態還原成鐵、出沸騰爐入回轉爐 120a-1300r下強攪拌使Fe—Tia分別相對團聚長大、到水激冷、球磨、磁分離、步步有理， 一步不能少，是本發明精典之作，特色。
6、用氫氣、天然氣作還原劑，不帶入雜質，比用焦、煤質量上有保證，價格上貴些，一 是熱能多半可入鍋爐再燃燒時收回，另外用尾氣顯熱經換熱器預熱入爐空氣,可減少能耗10 15%。因比煤焦少了煤灰對高鈦渣的質量、鐵砂質量的負面影響，鈦渣、鐵砂因而會多賣錢， 細算下來，以每小時3. 5t鈦鐵礦用本法脫鐵，可附產lt鐵砂，產1. 6 1. 7t含Ti02"90% 高鈦渣，賣掉lt鐵砂可收回天然氣、用電、拆舊、人工等費用，尚有點盈余，而按市價90% 出售高鈦渣，獲利稅近一半，用電僅電爐法1/14左右，優勢以往各法難比，意義重大。
權利要求
1、選天然氣作還原劑。還原爐用雙層沸騰爐因爐溫易精準控制，反應快、效率高、造價低、節能，開爐后將礦粉(很細-200目的，多半可-350目)由爐頂輸入，在頂層被預熱到750±50℃，同時晶粒轉型利于還原反應，大約頂層預熱40分鐘，預熱料下到底沸騰層，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爐加熱1200-1300℃下強攪拌2h，出爐入水。
2、 由水中撈起爐料，入球磨機，球磨40 60分鐘，觀察Fe—Ti02基本解離，可放料入磁選機，分離出鐵砂和Ti02渣，對Fe—Ti02分離不好"生料"返回短回轉爐加熱攪拌處理。
3、 得Ti(V渣，再以1 1.5mol/lFeCl3水溶液洗去殘鐵，同時Ca、 Mg、 Al等的氧化物也被溶解，洗凈脫鐵Ti02渣，甩干，熱風干燥為含1102》85 95%高鈦渣產品，鐵砂為附產品。FeCL洗水、鼓風處理可回收些Fe(OH)3，溶液循環用，循環中Mg、 Ca、 Al等鹽類積累，應抽取部分分離回收，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，平均Ti0247%、 Fe033.5%、Fe2038. 2%、 (CaO+MgO) >6%及Si。2、為03等，還原主反應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)還原反應吸熱才〈14萬大卡/t， 20 Nra3天然氣夠了，但爐氣、爐料帶走熱、爐壁散熱等等實際耗熱是反應理論需熱的3-4倍以上，爐子大、先進實耗熱少點，反之就高。今以3.5t/h產能雙層沸騰爐計，每噸礦需耗天然氣220-240 Nm3，其中參與還原反應得約1/4，燃燒者30%,不燃燒作強化還原性的天然氣占45%,爐尾氣中可燃氣成份C02》2:l，才能有足夠的還原性氣氛，上述每噸礦耗空氣600Nnt3。這種爐產尾氣，除塵后，通入鍋爐再燃燒，可產蒸汽，規模大，可供發電，可回收一半多燃氣熱能。
5、 攀礦鈦鐵精礦內含Ti02與(Fe0+Fe203)及A1、 Mg、 Ca氧化物，是分子級結核體，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，在快熔又不熔下長時強攪拌，反復碰砸，才可使微Fe粒聚集長大，Ti02也相對集中，激冷后，溫度巨變，Fe—Ti02膨脹系數之差擴大，產生裂隙，經球磨使裂隙擴大，分成單體，才可磁分離，故沸騰上層預熱、晶型改變(砂礦無需晶型轉變)、下層固態還原成鐵、出沸騰爐入回轉爐12,1300'C下強攪拌使Fe—Ti02分別相對團聚長大、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，比用焦、煤質量上有保證，價格上貴些，一是熱能多半可入鍋爐再燃燒時收回，另外用尾氣顯熱經換熱器預熱入爐空氣，可減少能耗10 15%。因比煤焦少了煤灰對高鈦渣的質量、鐵砂質量的負面影響，鈦渣、鐵砂因而會多賣錢，細算下來，每小時3. 5t鈦鐵礦用本法脫鐵，可附產lt鐵砂，產1. 6 1. 7t含TiO產90 i高鈦渣，賣掉U鐵砂可收回天然氣、用電、拆舊、人工等費用，尚有點盈余，而按市價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
本發明提供一種化學選礦新方法，是鈦鐵精礦直接還原-磁分離脫鐵技術，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，使其脫氧成固態鐵；2.已還原礦料再經加熱到1200-1300℃間強攪拌下使鐵微粒團聚成鐵砂鐵豆狀，并出爐入水激冷；3.對冷卻礦料過球磨機，使Fe-TiO₂渣分離；4.球磨好料，過磁選機，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C22B34/12GK101624658SQ20081004551
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月10日 優先權日2008年7月10日
發明者朱作遠, 陳棟才 申請人:朱作遠;陳棟才