利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法

專利名稱：利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備富鈦料的方法。
背景技術：
隨著鈦工業的發展，鈦品位較高的天然金紅石資源日趨枯竭，這就迫使人們開發利用儲量豐富的鈦鐵礦資源。由于鈦鐵礦鈦品位低，直接用于鈦工業生產會出現效率低、流程長、“三廢”量大、成本高等問題，所以一般都需要預先富集成高品位的富鈦料一鈦渣或人造金紅石，然后再用于鈦工業生產。因此，研究高效節能環保的鈦鐵礦制取富鈦料方法對于鈦工業的發展具有極為重要的意義。
生產富鈦料的傳統方法大都是屬于碳熱還原反應，即先使用傳統的微波窯或大功率礦熱爐將鈦鐵礦與各種碳質及粘結劑混合物冶煉成液態，使得鈦鐵礦中的氧化鐵還原成為鐵水，實現鈦和鐵的分離，從而得到富鈦料。此方法因為是高溫作業，而且需要添加大量諸如浙青焦炭等添加劑，所以容易造成空氣污染，同時因為能耗太高已經沒有足夠的市場競爭力，目前受到環保的壓力以及國家節能減排政策的緊迫而面臨淘汰。發明內容
本發明的目的是提供一種利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法，要解決傳統的富鈦料制備方法污染嚴重、能耗高的技術問題。
為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法，其特征在于步驟如下步驟一、將鈦鐵礦壓塊放置在可以透波并且可以保溫的獨立容器中，然后放入微波窯中連續加熱80 120分鐘，然后再被送出微波窯，所述鈦鐵礦壓塊是含有鈦鐵礦粉、煤粉、硼砂、NaCl、鐵紅粉和鐵粉的混合物壓塊; 步驟二、打開獨立容器，將紅熱的鈦鐵礦壓塊快速推入冷卻攪拌器內，使鈦鐵礦壓塊變為 180°C 220°C的粉狀物料；步驟三、將粉狀物料提升到風選器內，用風選器脫除粉狀物料中200目以上的微粉；步驟四、將經過風選后的粉狀物料再經過三級磁選，得到磁性物；步驟五、將磁性物加入到水解罐內，在40°C 70°C的鹽水中被不停攪拌，同時鼓入空氣進行氧化，使磁性物礦粒表面的單質鐵顆粒被氧化為Fe2O3并轉入水溶液中；步驟六、水解罐中放出的物料經過六級旋流分離器分離和清洗，然后干燥，最后得到富鈦料。
所述鈦鐵礦壓塊主要由以下原料按重量百分比組成鈦鐵礦粉78. 5% 82. 5% ；煤粉10% 14% ；硼砂3% 4% ；NaClO. 5% I. 5% ；鐵紅粉I. 0% I. 5% ；鐵粉O. 5% ；上述重量百分比中，鈦鐵礦粉的重量百分比+煤粉的重量百分比還需保證在92. 5% 95%之間，硼砂的重量百分比+NaCl的重量百分比+鐵紅粉的重量百分比+鐵粉的重量百分比還需保證在5. 0% 7. 5%之間。
所述鈦鐵礦壓塊的制作步驟如下a、將鈦鐵礦粉與煤粉、硼砂、NaCl、鐵紅粉、鐵粉混合成混合物，再加入混合物總量5% 的水，在攪拌機內攪拌5 15分鐘；b、將拌好的物料在壓力機下壓制成壓塊；C、在壓塊表面噴涂水基石墨涂料，然后在80°C 120°C的條件下烘干10 20分鐘。
所述鈦鐵礦的粒度可為70目 200目，水分含量彡O. 5%。
所述鐵紅粉中的Fe2O3的含量彡97%，水分含量< 1%。
所述鐵粉中的鐵的含量> 98%，無銹蝕結塊，粒度為100目 200目。
所述獨立容器由托盤和上蓋兩部分組成，所述托盤包括放置鈦鐵礦壓塊用的底板、包在底板上的下部保溫套、以及連接在下部保溫套底部的托板，所述上蓋包括放置在底板上并且可以罩住鈦鐵礦壓塊的容器內膽、包在容器內膽上的上部保溫套、以及由外向內穿過上部保溫套并與容器內膽連接的托架，所述底板與下部保溫套之間、容器內膽與上部保溫套之間均設有耐高溫透波涂層。
所述微波窯包括有窯體、磁控管、輸送輥道、輥道驅動電機和變壓器及附屬電器元件，所述窯體橫向設置并安放在窯體支架上，窯體的兩端一端設有進料口、另一端設有出料口，窯體的頂部與排煙管道連通，窯體的內壁設有保溫防護層，窯體的外壁設有水冷夾層。
所述磁控管可設置在窯體外、窯體的左右兩側，并且磁控管由進料口至出料口方向多點密集分布。
所述變壓器及附屬電器元件可安放在窯體外、窯體左右兩側的窯體支架上。
與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果本發明是一種二氧化鈦富集工藝，也可以叫微波法固態還原生產金紅石工藝，相對于傳統的火法、濕法有較大的區別。本發明從還原機理上來講，屬于早期(700°C )依靠熱解氣體包括氫、烷類(烷類裂解產生的游離碳以及氫氣)的還原，末期才會出現碳的直接還原。不以碳的直接還原為主，與傳統技術中的碳熱還原相比，原理上有本質區別。
本發明的基本原理是，將含有鈦鐵礦粉的鈦鐵礦壓塊放置在可以透波并且可以保溫的獨立容器內，然后通過連續運轉的微波窯，使鈦鐵礦壓塊被微波賦予能量，同時充分利用鈦鐵礦的強吸波性和獨立容器的透波保溫性能，將微波能量最大化利用，并營造出最佳的冶金還原氣氛，實現連續微波窯獨立容器內固態還原鈦鐵礦壓塊，最后利用水解法去除 (還原出)鈦鐵礦壓塊中的單質鐵，實現鈦鐵分離得到富鈦料，甚至是人造金紅石(需進一步焙燒得到)。
從整體工藝上來講，本發明的工藝路線亦與傳統的制備方法有本質區別。本發明是一種應用了獨立容器的密閉作業，其步驟是先在獨立容器內(具有密閉保溫環境)、依靠透進來的微波能加熱鈦鐵礦壓塊(整個過程是在連續的輸送輥道上進行的)，加熱后鈦鐵礦壓塊再經過磁選、以及在水解分離罐內銹蝕掉其中的單質鐵，最后的剩余物即為富鈦料(將富鈦料進一步焙燒后，還可以得到人造金紅石)。
本發明利用了微波窯和獨立容器，巧妙地回避了傳統窯爐間接加熱的方式，使得窯爐的耐材及保溫工藝變得十分簡單。
本發明利用了微波窯和獨立容器，同時還采用了新的還原機理，所以不但空氣污染小，而且能耗低。
本發明采用微波窯代替了傳統的大功率礦熱爐，微波窯以容器內部加熱為主導， 充分利用了微波能，是本發明的關鍵所在之一。
本發明設計了一種新型的微波窯，這個新型的微波窯具有維修方便、可連續運轉、 以及微波能量使用率高的特點，尤其是窯體兩側多點密集分布的微波源和閉合回路形式的輸送輥道(可連續運送鈦鐵礦壓塊，實現了自動化生產，為本發明未來的拓展提供了空間) 不僅實現了大長度窯爐腔內微波的最佳耦合，而且消除了熱失控，保證了產品品質的均勻性和穩定性。本發明所述的微波窯中的變壓器及附屬電器元件設置在窯體兩側的窯體支架上，回避了因連續生產而產生的爐氣溫度給變壓器及附屬電器元件造成的不良影響，大大簡化了微波窯龐大復雜的保溫耐火系統。
本發明所述的微波窯的窯內的爐氣溫度大概只有100°C左右(傳統的微波窯窯內的爐氣溫度大概有1200°C 1300°C，傳統的大功率礦熱爐內的冶煉溫度高達1700°C)，窯外靠近窯體的溫度大概只有50°C左右，所以利用本發明生產富鈦料時，整體的電耗僅相當于使用傳統方法的40% 50%。
本發明所述的獨立容器為微波還原容器，它的特點是1、采用了合理的設計，分擔了傳統窯爐耐材的負擔，化整為零；2、維護工作僅僅涉及獨立容器，所以變得十分簡單；3、最重要的是，獨立容器具有良好的保溫性能，所以獨立容器內部的能量利用率大大提高， 不僅節能，同時可以實現快速升溫，保證了最佳的冶金氣氛，為得到理想的富鈦料奠定了基礎。
本發明不需要龐大的球團制作系統(又叫造球燒結系統)，也不需要外加碳素補充，而是采用了鈦鐵礦壓塊，鈦鐵礦壓塊的配方以及形狀和壓制工藝，都與傳統的球團有著本質的區別，所以本發明回避了傳統工藝中為了提高冶金性能而建立的龐大的球團制作系統(又叫造球燒結系統)，簡化了生產過程。
本發明所述的鈦鐵礦壓塊決定了工藝的成功，因為鈦鐵礦壓塊內部的冶金環境及氣氛良好，鈦鐵礦壓塊是連續生產，而且必須在微波窯內連續運轉才能滿足工藝要求。
本發明針對的鈦鐵礦的礦種不受限，可以使用所有的海沙礦。


下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
圖I是微波窯的主視結構示意圖。
圖2是圖I的右視示意圖。
圖3是輸送輥道與窯體配合的示意圖。
圖4是獨立容器的主視示意圖。
圖5是圖4的俯視示意圖。
圖6是圖4中A-A剖面的示意圖。
附圖標記1 一窯體、2 —磁控管、3 —進料口、4 一出料口、5 —輸送棍道、6 —棍道驅動電機、7 —保溫防護層、8—水冷夾層、9 一窯體支架、10—變壓器及附屬電器元件、11 一排煙管道、12 —獨立容器、13 —鈦鐵礦壓塊、14 一底板、15 —下部保溫套、16 —耐聞溫透波涂層、17 —托板、18 —容器內膽、19 一上部保溫套、20 —托架。
具體實施方式
這種利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法，其步驟如下。
步驟一、將鈦鐵礦壓塊放置在可以透波并且可以保溫的獨立容器中，然后放入微波窯中連續加熱80 120分鐘，然后再被送出微波窯；具體來說，就是先將已經制備好的鈦鐵礦壓塊使用機械手碼放在獨立容器的托盤上，然后獨立容器的上蓋扣下，然后將這一套裝滿鈦鐵礦壓塊的獨立容器隨輸送輥道被連續勻速送入微波窯加熱(經過微波窯內80 120分鐘左右的連續加熱過程，獨立容器內部的鈦鐵礦壓塊基本完成了固態還原的過程)， 然后再隨輸送輥道連續勻速送出微波窯。所述鈦鐵礦壓塊是含有鈦鐵礦粉、煤粉、硼砂、 NaCl、鐵紅粉和鐵粉的混合物壓塊。
步驟一中，在加熱的前期，鈦鐵礦壓塊中會發生以下主要反應C2H6 —C2H4+H2， C2H4 — CH4+C，CH4 — C+2H2，FeCHn2H2 — Fe+H20+(n^) H2 ;在加熱的后期，鈦鐵礦壓塊中會發生Fex0y+C(裂解碳)—Fe+C0的反應。步驟二、打開獨立容器12，將紅熱的鈦鐵礦壓塊13快速推入冷卻攪拌器內，使鈦鐵礦壓塊13變為180°C 220°C的粉狀物料；具體來說，就是先用機械手打開獨立容器的上蓋， 然后將紅熱的鈦鐵礦壓塊快速推入冷卻攪拌器內，大約10秒左右的時間，壓塊就會變為 180°C 220°C左右的粉狀物料。
步驟三、將粉狀物料提升到風選器內，用風選器脫除粉狀物料中200目以上的微粉(200目以上的微粉的主要成分為還原劑及鈦鐵礦壓塊燃燒后的剩余物)。
步驟四、將經過風選后的粉狀物料再經過三級磁選，得到磁性物。
步驟五、將磁性物加入到水解罐內，在40°C 70°C的鹽水中被不停攪拌，同時鼓入空氣進行氧化，使磁性物礦粒表面的單質鐵顆粒被氧化為Fe2O3并轉入水溶液中，整個過程大約8小時左右，可完成全部的單質鐵氧化過程。所述鹽水中含有1% (重量百分比)的鹽。
步驟六、水解罐中放出的物料經過六級旋流分離器分離和清洗，然后干燥，最后得到含鐵量< 1% (重量百分比)的富鈦料。
本實施例中，鈦鐵礦壓塊13主要由以下原料按重量百分比組成(總量為100%)。
鈦鐵礦粉78. 5% 82. 5% (根據鈦鐵礦中的全鐵含量而定，含量高取下限，含量低取上限)；煤粉10% 14% (根據鈦鐵礦中的全鐵含量而定，含量高取上限，含量低取下限);硼砂3% 4% (要求不能潮解、結塊或風化);NaC10. 5% I. 5% (要求不能潮解、結塊或風化)；鐵紅粉I. 0% I. 5% ;鐵粉O. 5% ;上述重量百分比中，鈦鐵礦粉的重量百分比+煤粉的重量百分比還需保證在92. 5% 95%之間，硼砂的重量百分比+NaCl的重量百分比+鐵紅粉的重量百分比+鐵粉的重量百分比還需保證在5. 0% 7. 5%之間。
所述煤粉為還原劑，硼砂、NaCl、鐵紅粉和鐵粉為添加劑。
本實施例中，鈦鐵礦的粒度為70目 200目，水分含量≤O. 5%。鐵紅粉中的Fe2O3 的含量≥ 97%，水分含量< 1%。鐵粉中的鐵的含量> 98%，無銹蝕結塊，粒度為100目 200目。
以上配比的產生源于生產中常見的氧氣熔銅焊接，人們習慣使用硼砂與鹽的混合物撒在高溫的熔融金屬表面，使得高溫熔融的金屬表面始終保持清潔而不被氧化，這對于本發明中的固態還原過程中還原出的單質鐵作用十分重大，能保持其表面活性，為盡快出現鐵連晶以及礦粒內部的完全擴散反應提供了保證，避免了因為局部氧化以及雜質的覆蓋而導致冶金氣氛變差。
下表是不同實施例的配比在實驗室中測得的結果。表中數據為重量百分比。表中所述的結果是鈦鐵礦壓塊經過上述步驟一至四后，使用10%鹽酸浸泡10分鐘，然后烘干化驗得到的TiO2的含量(因為上述步驟五和步驟六是大規模工業化生產的步驟，所以為了在實驗室中可以測得TiO2的含量，需要采用10%鹽酸浸泡10分鐘，然后烘干化驗的方法來測 TiO2的含量，該實驗方法與上述步驟五和步驟六的效果基本一樣)。
權利要求
1.一種利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法，其特征在于步驟如下步驟一、將鈦鐵礦壓塊放置在可以透波并且可以保溫的獨立容器中，然后放入微波窯中連續加熱80 120分鐘，然后再被送出微波窯，所述鈦鐵礦壓塊是含有鈦鐵礦粉、煤粉、 硼砂、NaCl、鐵紅粉和鐵粉的混合物壓塊；步驟二、打開獨立容器，將紅熱的鈦鐵礦壓塊快速推入冷卻攪拌器內，使鈦鐵礦壓塊變為180°C 220°C的粉狀物料；步驟三、將粉狀物料提升到風選器內，用風選器脫除粉狀物料中200目以上的微粉； 步驟四、將經過風選后的粉狀物料再經過三級磁選，得到磁性物；步驟五、將磁性物加入到水解罐內，在40°C 70°C的鹽水中被不停攪拌，同時鼓入空氣進行氧化，使磁性物礦粒表面的單質鐵顆粒被氧化為Fe2O3并轉入水溶液中；步驟六、水解罐中放出的物料經過六級旋流分離器分離和清洗，然后干燥，最后得到富鈦料。
2.根據權利要求I所述的利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法， 其特征在于，所述鈦鐵礦壓塊主要由以下原料按重量百分比組成鈦鐵礦粉78. 5% 82. 5% ；煤粉10% 14% ；硼砂3% 4% ；NaClO. 5% I. 5% ；鐵紅粉I. 0% I. 5% ；鐵粉O. 5% ；上述重量百分比中，鈦鐵礦粉的重量百分比+煤粉的重量百分比還需保證在92. 5% 95%之間，硼砂的重量百分比+NaCl的重量百分比+鐵紅粉的重量百分比+鐵粉的重量百分比還需保證在5. 0% 7. 5%之間。
3.根據權利要求2所述的利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法， 其特征在于，所述鈦鐵礦壓塊的制作步驟如下a、將鈦鐵礦粉與煤粉、硼砂、NaCl、鐵紅粉、鐵粉混合成混合物，再加入混合物總量5% 的水，在攪拌機內攪拌5 15分鐘；b、將拌好的物料在壓力機下壓制成壓塊；C、在壓塊表面噴涂水基石墨涂料，然后在80°C 120°C的條件下烘干10 20分鐘。
4.根據權利要求2所述的利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法， 其特征在于所述鈦鐵礦的粒度為70目 200目，水分含量< O. 5%。
5.根據權利要求2所述的利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法， 其特征在于所述鐵紅粉中的Fe2O3的含量> 97%，水分含量< 1%。
6.根據權利要求2所述的利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法， 其特征在于所述鐵粉中的鐵的含量> 98%，無銹蝕結塊，粒度為100目 200目。
7.根據權利要求I所述的利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法， 其特征在于所述獨立容器(12)由托盤和上蓋兩部分組成，所述托盤包括放置鈦鐵礦壓塊用的底板(14)、包在底板(14)上的下部保溫套(15)、以及連接在下部保溫套底部的托板(17)，所述上蓋包括放置在底板(14)上并且可以罩住鈦鐵礦壓塊(13)的容器內膽(18)、包在容器內膽(18)上的上部保溫套(19)、以及由外向內穿過上部保溫套(19)并與容器內膽(18)連接的托架(20)，所述底板(14)與下部保溫套(15)之間、容器內膽(18)與上部保溫套(19)之間均設有耐高溫透波涂層(16)。
8.根據權利要求I所述的利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法， 其特征在于所述微波窯包括有窯體(I)、磁控管(2 )、輸送輥道(5 )、輥道驅動電機(6 )和變壓器及附屬電器元件(10)，所述窯體(I)橫向設置并安放在窯體支架(9)上，窯體(I)的兩端一端設有進料口(3)、另一端設有出料口(4)，窯體(I)的頂部與排煙管道(11)連通，窯體 (O的內壁設有保溫防護層(7)，窯體(I)的外壁設有水冷夾層(8)。
9.根據權利要求8所述的利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法， 其特征在于所述磁控管(2)設置在窯體外、窯體的左右兩側，并且磁控管(2)由進料口至出料口方向多點密集分布。
10.根據權利要求8所述的利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法， 其特征在于所述變壓器及附屬電器元件(10)安放在窯體外、窯體左右兩側的窯體支架(9)上。
全文摘要
一種利用微波窯、獨立容器和鈦鐵礦壓塊來生產富鈦料的方法，步驟一、將鈦鐵礦壓塊放置在獨立容器中，然后放入微波窯中連續加熱，然后再被送出微波窯；步驟二、打開獨立容器，將鈦鐵礦壓塊快速推入冷卻攪拌器內，使鈦鐵礦壓塊變為粉狀物料；步驟三、將粉狀物料提升到風選器內，用風選器脫除粉狀物料中200目以上的微粉；步驟四、將經過風選后的粉狀物料再經過三級磁選，得到磁性物；步驟五、將磁性物加入到水解罐內，使磁性物礦粒表面的單質鐵顆粒被氧化為Fe2O3并轉入水溶液中；步驟六、水解罐中放出的物料經過六級旋流分離器分離和清洗，然后干燥，最后得到富鈦料。本方法空氣污染小，能耗低，不以碳的直接還原為主。
文檔編號C22B5/10GK102936648SQ20121046239
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者趙齊, 司紀東 申請人:山東永鑫能源集團有限公司