釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離技術研究
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      1. 釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離技術研究

        • 2019年11月01日 09:11
        • 來源:中國鐵合金網

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        • 關鍵字:鈦鐵 鋼鐵 鐵合金 鈦精礦 海綿鈦
        [導讀]中國鐵合金網訊:摘 要:介紹了釩鈦磁鐵礦的資源概況、釩鈦磁鐵礦精礦綜合利用現狀及釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的意義,主要從高爐法、非高爐工藝、選礦工藝和其它鈦鐵分離技術等幾個方面綜述了目前國內外釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的研究進展。綜合比較非高爐工藝,采用直接還原—磨選...

        中國鐵合金網訊:摘 要:介紹了釩鈦磁鐵礦的資源概況、釩鈦磁鐵礦精礦綜合利用現狀及釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的意義,主要從高爐法、非高爐工藝、選礦工藝和其它鈦鐵分離技術等幾個方面綜述了目前國內外釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的研究進展。綜合比較非高爐工藝,采用直接還原—磨選法,鐵和鈦的金屬轉化率高、能耗小,鐵精礦和鈦精礦品位相對較高,該工藝發展前景廣闊。采用化學—物理聯合選礦新工藝處理釩鈦磁鐵精礦,解決了物理選礦流程不能從根本上解決鈦鐵緊密共生的問題,該新工藝流程短、成本低且鈦鐵回收率和品位較高,對實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離具有明顯優勢。因此,針對釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離研究現狀,研究新型、高效、環保、廉價的還原劑和環保、低成本、來源廣泛的添加劑是今后非高爐工藝處理釩鈦磁鐵精礦的研究熱點。另外,開發流程短、成本低、操作簡單的選礦新工藝是未來實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的主要發展方向。

        關鍵字

        釩鈦磁鐵精礦  鈦鐵分離  高爐法  非高爐工藝  選礦工藝

        釩鈦磁鐵礦是一種以鐵、釩、鈦為主的復合鐵礦石,是我國最主要的鈦資源來源之一。我國釩鈦磁鐵礦主要分布在攀西地區,該地區釩鈦磁鐵礦中鈦和釩資源分別占全國總儲量的93%和63%。釩鈦磁鐵精礦是釩鈦磁鐵礦經礦石選別獲得的主要產品之一,在礦石選別過程中約89%的釩和52%的鈦資源進入釩鈦磁鐵精礦,與其他鐵礦石資源相比,釩鈦磁鐵礦具有較高的綜合利用價值。隨著經濟的發展,各國對鐵、鈦、釩資源的需求逐漸增加,因此實現釩鈦磁鐵精礦中鐵、鈦、釩的有效分離,對提高釩鈦磁鐵精礦的綜合利用具有重要意義。本文主要論述了釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的研究進展,并提出了未來釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的研究方向。

        1釩鈦磁鐵礦的礦物特征及其還原機理

        釩鈦磁鐵礦結構比較復雜,與其他礦石相比存在很大區別,釩鈦磁鐵礦中的鐵不僅以氧化物的狀態存在,也與鈦等元素形成多種礦物。其中鐵主要富集在鈦磁鐵礦(由Fe3O4、鈦鐵晶石2FeO•TiO2、鈦鐵礦FeO•TiO2構成的復合體)中,TiO2主要富集在鈦鐵礦(FeTiO3)和鈦磁鐵礦中。釩鈦磁鐵精礦中鈦的存在狀態極其復雜,有多種形式,并且鈦和鐵緊密共生。釩鈦磁鐵精礦多采用還原技術處理,釩鈦磁鐵精礦氧化焙燒后磁鐵礦被氧化成赤鐵礦,鈦鐵晶石和鈦鐵礦被氧化成鐵板鈦礦,然后赤鐵礦(Fe2O3)和鐵板鈦礦(Fe2O3·TiO2)按照如下途徑進行還原。

        2高爐法

        高爐法是處理釩鈦磁鐵精礦的主要方法。目前,在我國和俄羅斯已實現工業化。利用高爐—轉爐法處理釩鈦磁鐵精礦,無法實現鈦鐵有效分離,釩鈦磁鐵精礦中的鈦資源經高爐冶煉后幾乎全部進入渣相,形成TiO2含量為20%~25%的高爐渣,由于高爐渣粒度分布不均,且鈦組分在高爐渣中分布比較分散,導致該高爐渣難以有效利用,造成鈦資源的極度浪費。目前,針對攀鋼的含鈦高爐渣進行了大量研究,從含鈦高爐渣中提取鈦資源,雖取得了一定的突破,但短時間內無法實現鈦資源的大規?;厥绽?。因此開發鈦鐵分離新工藝,提高鈦資源利用率是目前亟待解決的問題。

        采用高爐法處理釩鈦磁鐵精礦時鈦資源幾乎完全被浪費,近幾年,為了提高釩鈦磁鐵精礦中鈦資源利用率,實現鈦鐵有效分離,相關學者進行了大量研究,主要從非高爐工藝、選礦工藝和其它鈦鐵分離技術等幾個方面展開。

        3非高爐工藝

        近幾年,采用非高爐工藝處理釩鈦磁鐵精礦實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵有效分離成為目前研究的熱點。根據非高爐法處理釩鈦磁鐵精礦的方式可分為以下幾種方法。

        3.1 預還原—電爐法

        預還原—電爐法是采用預還原和深還原工藝處理釩鈦磁鐵精礦,該工藝可獲得鐵回收率達到90%左右,鈦渣中TiO2含量為50%~60%的指標,但該鈦渣的利用難度較大。為了提高鈦資源利用率,劉功國在該工藝基礎上添加提鈦工藝,針對該工藝采取實驗室與工業試驗相結合的試驗方式,解決了鈦渣中鈦資源利用率低的難題,獲得了釩鈦磁鐵精礦鈦回收率達到90.77%、鐵回收率為72.65%的指標。

        3.2 直接還原—磨選法

        直接還原—磨選法也稱為直接還原—磁選法,其基本流程是在固態條件下將釩鈦磁鐵精礦中鐵的氧化物還原為單質鐵,而釩鈦以氧化物的形式存在,產品還原后經細磨、磁選可獲得鐵粉精礦和鈦渣。

        目前,直接還原—磁選法是大部分學者較關注的工藝流程,攀鋼集團對該工藝進行過詳細研究,發現該工藝處理釩鈦磁鐵精礦可使鐵精礦中的鐵品位和回收率高于90%,并獲得TiO2品位高于50%的鈦精礦。鈦渣經磁選可除去非磁性雜質得到TiO2含量為96.4%的鈦精礦,鈦精礦經電弧爐熔煉后可獲得金屬鈦或鈦合金。

        東北大學針對直接還原—磁選工藝也進行了大量研究,薛向欣等將釩鈦磁鐵精礦、煤粉和3%的聚乙烯醇混合,壓膜成型后進入電阻爐還原60~300min,還原過程中保證C與O摩爾比為1.2~1.4,經破碎細磨至粒度達到-0.074mm,在磁場強度為120~240kA/m條件下,經磁選分離可獲得鐵品位為85%~90%的鐵精礦和鈦含量為60%~70%的鈦渣,鐵的回收率可達到90%~95%。楊永霞等采用“固態還原—磨礦—磁選”新工藝,向釩鈦磁鐵精礦中加入質量分數為13%的無煙煤和2%的硫酸鈉作為添加劑,在1250℃下還原120min,該工藝金屬轉化率達到95%,經磨礦—磁選后,可獲品位分別為50%的鈦精礦和70%的鐵精礦。

        為了綜合利用釩鈦磁鐵精礦中有價元素,白云等采用該技術處理釩鈦磁鐵精礦,研究發現還原溫度和碳鐵摩爾比對鐵釩鈦組分遷移富集影響較大,在最佳條件下可獲得金屬轉化率為92.8%的指標,實現鐵和鈦的分離。綜合可知,直接還原—磁選法處理釩鈦磁鐵精礦,在還原過程加入添加劑可促進鐵晶粒長大,易于還原,提高鐵和鈦分離效果,鐵和鈦的金屬轉化率較高,能耗小,該工藝獲得的鐵精礦和鈦精礦品位相對較高,實現了鐵和鈦的有效分離。

        3.3 直接還原—浸出法

        直接還原—浸出法是將釩鈦磁鐵精礦經還原后采用浸出法處理。如李朋采用固態還原法探究釩鈦磁鐵礦中鐵與釩鈦分離效果,研究發現向釩鈦磁鐵精礦中添加13%的還原劑、3%的碳酸鈣和0.3%的氟化鈣,在1100℃下還原2 h,可加快還原速率,提高金屬轉化率,獲得鐵含量為61.10%的還原產品,采用氯化鐵浸出分離,在浸出溫度為30℃、液固比為6、Fe3+濃度為500 g/L條件下浸出30 min,可在浸出過程中除去大部分鐵,有效實現鐵和鈦組分的分離。

        3.4 鈉化提釩—預還原—電爐法

        鈉化提釩—預還原—電爐法是將釩鈦磁鐵精礦和鈉鹽混合,然后造球進行鈉化焙燒,焙燒后經還原電爐熔分后實現鈦鐵分離。攀西地區的釩鈦磁鐵精礦經過此工藝處理后,鐵回收率達到90%左右,鈦渣中TiO2含量超過50%,但目前該工藝僅用于提釩。

        3.5 鈉化焙燒—磨選法

        鈉化焙燒—磨選法又被稱為鐵釩鈦同時提取流程采用該工藝處理釩鈦磁鐵精礦可獲得還原鐵粉、鈦酸鈉和釩酸鈉。日本對該工藝進行了大量研究,發現向釩鈦磁鐵礦砂中加入30%的碳酸鈉和25%的無煙煤后在1000℃下還原焙燒2h后進行磨選,可獲得鐵品位97%的金屬鐵,鈦的回收率達到95%,與其他冶煉方法相比,該工藝可一步實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵的有效分離,但該工藝生產規模較小,并且釩酸鈉的生成條件要求較高。

        綜上所述,非高爐新工藝可實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離,提高鈦資源利用率。與其他幾種技術相比,直接還原—磨選法處理釩鈦磁鐵精礦應用較廣,其分離效果較好,金屬轉化率高,鐵精礦和鈦精礦品位相對較高且能耗相對較小。因此,采用直接還原—磨選法具有較好的發展前景。

        4選礦工藝

        國內外利用選礦工藝處理釩鈦磁鐵礦主要采用“階段磨礦—弱磁選鐵—強磁選鈦”流程,傳統的選礦工藝處理釩鈦磁鐵礦,鈦鐵分離效果不好。袁來敏為了實現釩鈦磁鐵礦中鈦鐵分離,采用“弱磁選—強磁選—浮選”工藝流程,該工藝可獲得鐵品位為55.04%的鐵精礦和鈦品位為45.11%的鈦精礦,鐵和鈦回收率分別可達89.18%和90.64%。曾小波等針對釩鈦磁鐵礦性質進行選礦試驗研究,發現當采用“預分選—階段磨礦”和“強磁—浮選”工藝,可獲得鐵品位為60.42%的鐵精礦和鈦品位為46.23%的鈦精礦,鈦回收率達到71.24%。

        目前,采用物理選礦流程可實現鈦鐵分離,但由于鐵和鈦緊密共生,其分離效果不好,獲得的鈦精礦品位不高。鞍鋼集團礦業公司對釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的選礦流程進行了大量研究,開辟了化學—物理聯合選礦新工藝處理釩鈦磁鐵精礦新工藝,并提出多種處理釩鈦磁鐵精礦的方法。共同之處均采用氧化堿浸的方法處理釩鈦磁鐵精礦,即在釩鈦磁鐵精礦中加入質量分數為5%~52%的堿溶液(NaOH溶液或KOH溶液或兩者的混合物)以及氧化劑(20~120psi的O2或50~200kg/t的H2O2),在220~330℃下堿浸反應0.5~2h后,進入過濾作業,獲得堿浸濾餅。區別在于堿浸濾餅加水形成的濾餅漿是否經過脫泥作業和旋流器分級后沉砂作業。通過對比發現采用氧化堿浸—脫泥—重選的方法處理釩鈦磁鐵精礦,鈦鐵分離效果相對較好,可獲得鈦品位50%~75%的鈦精礦和鐵品位為65%~70%的鐵精礦

        上述研究表明,采用化學—物理聯合選礦新工藝處理釩鈦磁鐵精礦,與傳統的物理選礦技術相比,該選礦新工藝流程短,操作簡單,且鈦鐵回收率和品位較高。未來化學—物理聯合選礦新工藝在實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離方面具有較好的應用前景。

        5其它鈦鐵分離技術

        近年來選礦工作者又研究了其它實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的新技術。例如吳恩輝等采用酸浸法,將釩鈦磁鐵精礦和質量分數為15%~20%的鹽酸按1∶6進行混合,在溫度為75~95℃進行浸出,獲得浸出液和TiO2品位為34%~38%的鈦中礦,鹽酸浸出過程可使鈦回收率達到92%,鐵回收率高于82%。該酸浸法操作簡單、溫度低、能耗小,可在常壓下實現鈦鐵分離。

        6結論及展望

        釩鈦磁鐵精礦中鐵、釩、鈦資源豐富,實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離對提高鈦資源利用率具有重要意義。近年來,眾多學者針對釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離進行研究,并取得了顯著成果。

        (1)綜合比較非高爐工藝,直接還原—磨選法在還原過程中鐵和鈦的金屬轉化率高、能耗小,鐵精礦和鈦精礦品位相對較高,該工藝發展前景廣闊。

        (2)采用化學—物理聯合選礦新工藝處理釩鈦磁鐵精礦,解決了物理選礦流程不能從根本上解決鈦鐵緊密共生的問題,該選礦新工藝流程短,成本低且鈦鐵回收率和品位較高,對實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離具有明顯優勢,且具有較好的應用前景。

        (3)針對釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離研究現狀,非高爐工藝還原溫度較高,因此降低還原溫度、研究新型、高效、環保、廉價的還原劑和環保、低成本、來源廣泛的添加劑是今后非高爐工藝處理釩鈦磁鐵精礦的研究熱點。另外,開發流程短、成本低、操作簡單的選礦新工藝是未來實現釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離的主要發展方向。

        引用格式

        郭客,張志強,王紹艷,宋仁峰,林巖.釩鈦磁鐵精礦中鈦鐵分離技術研究[J].金屬礦山,2019(8):113-119.

        • [責任編輯:tianyawei]

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