一种采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法
【专利摘要】本发明提供了一种采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法，该方法以高钙镁钛精矿、焦粉和粘结剂，通过压球、预还原、真空熔分步骤，有效地去除了钛精矿中的钙、镁等杂质，达到富集钛渣的目的，所得到的氯化钛渣中TiO2的品位能够达到93%，具有非常高的钛渣品质。同时，从本发明采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法流程也可以看到，其流程简单、操作方便，并且整体制备过程降低了能耗，大大降低了“三废”的排放量，很好的解决现有技术中钛渣生产工艺能耗高、杂质去除能力差、三废产出量大的问题，为高钙镁钛精矿制取高品质钛渣提供了可行技术，具有很好的市场应用前景。
【专利说明】一种采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金工程技术以及环保节能【技术领域】，尤其涉及一种采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法。
【背景技术】
[0002]我国的攀西地区储藏着丰富的钛资源，约占全国钛总储量的90%以上，占世界储量35%，攀枝花正成为我国重要的钛业生产基地。但主要是包括钒钛磁铁矿或钛精矿在内的钛铁共生岩矿，金红石甚少，且钛精矿为岩矿型高钙镁钛精矿，TiO2含量在47%左右，钙镁氧化物含量高达6%~8%。随着天然金红石资源的逐渐枯竭和价格上涨，储量丰富的钛精矿己成为钛工业的主要生产原料。但由于其TiO2品位低，一般都需预先将其富集成高品位的富钛料(钛渣或人造金红石)，再用来生产钛白和金属钛(邱冠周，郭宇峰；钛铁矿富集方法评述；矿产综合利用；1998)。研究及生产实践表明:钛工业以富钛料为原料，可大大降低“三废”的排放量，同时还可节省工序，降低生产成本，扩大生产能力，有利于提高钛制品生产的总体技术水平。国 内外已研究和提出的制取富钛料的方法主要有电炉熔炼法、选择氯化法、还原酸浸法、选一冶联合稀盐酸加压浸出法、预氧化一流态化酸浸法、还原锈蚀法和还原磁选法等(游高；添加剂强化钦铁矿固态还原研究；中南大学，2009)，但目前在工业上获得应用的方法主要是电炉熔炼法、酸浸法和还原锈蚀法，各种方法都有其特点。
[0003]电炉熔炼法是将钛铁矿精矿与焦炭(或其他固体还原剂)一起在电炉内熔炼，借助于电极产生的电弧，将炉料加热到1650°C以上的高温，使钛铁矿精矿中铁氧化物还原成金属铁在炉内沉降，TiO2在渣相富集，从而实现铁、钛分离，分别获得钛渣和生铁。从电炉熔炼法的基本原理来看，该过程主要是分离除铁、去除非铁杂质能力差，制取的钛渣品位主要取决于钛铁矿精矿中非铁杂质的含量，而且还存在着电耗高等不足。但是，该方法具有不产生固体和液体废料、电炉煤气可回收利用、“三废”量少、钛铁利用程度高、工厂占地面积小、工艺过程简单、设备产能大等优点，尤其适合于水电资源丰富的地区使用，因而成为了富钛料制备的主要方法之一。但这种方法也有局限性，熔炼过程主要是分离除去钛精矿中的铁，而对钛精矿中的硅、钙、镁等杂质的去除能力差。因而，高钙镁杂质的岩矿型钛精矿采用电炉熔炼法富集处理不能直接获得符合生产氯化钛白和海绵钛的高品质钛渣的产品。
[0004]还原-锈蚀法是一种选择性除铁的方法，其基本原理为:采用固态还原法，先将钛铁矿其中的铁氧化物在高温下还原为金属铁，钛仍以氧化物形态存在，然后再将还原产品于40°C~75°C弱酸性介质中鼓入空气使其中的金属铁锈蚀，利用锈蚀后生成的水合铁氧化物和富钛料因其粒度和比重不同，采用物理分选的方法进行分离，得到富钛料和副产品水合铁氧化物。该方法在锈蚀时只消耗少量的盐酸，产生的赤泥和废水，是一种污染少和成本低的方法。该方法对去除杂质铁是有效的，但不能去除硅、钙、镁等其他杂质，适宜处理低杂质闻品位的砂矿型钦精矿，不易处理闻杂质的岩矿型钦精矿。
[0005]酸浸法可有效除去铁和钙、镁、铝、锰等可溶性杂质，获得高品位的钛渣。适用于处理硅含量少的矿物。酸浸法又包括盐酸浸出和硫酸浸出法两种。由于二价铁的酸溶性优于三价铁，所以将钛精矿还原，使铁转化为二价铁，然后用稀硫酸浸出还原产物，使铁选择性的进入液相，而钛则被富集于固相。在酸浸过程中，不仅铁被浸出除去，钙、镁、铝、锰等杂质也不同程度的被浸出，因此用这种方法所得的产物纯度较高，适合处理各种类型的钛矿物。但这种方法对设备的腐蚀严重，副产品及三废产出量大，副流程复杂，环保压力大，因而限制了该方法的使用。
[0006]攀西地区的钛精矿岩矿型高钙镁钛精矿，钙镁杂质含量高。用以生产钛渣，产品纯度低，杂质含量高，尤其是杂质镁以类质同象赋存于钛铁矿中，富集降镁难度大。无法满足生产氯化钛白和海绵钛的要求。如果采用电炉熔炼法和还原锈蚀法富集只能分离除去钛精矿中的铁，而对矿中的钙、镁、铝、锰等杂质的去除能力差、技术难度大。生产的钛渣在用于氯化法生产钛白的过程中，将形成低熔点、高沸点的CaCl2、MgCl2，他们在氯化过程中呈熔融状态，难以从沸腾床内挥发出去，并且随着氯化反应的进行，在床层内越集越多，使颗粒粘结，恶化沸腾状况，甚至堵塞筛板孔眼，无法进行正常氯化操作(李元坤，刘亚川，史光大，闻武，高杂质钛精矿制取富钛料的方法。中国地质科学院矿产综合利用研究所，2011)。盐酸法除钙镁杂质虽然强，但能耗高，设备腐蚀严重，产生的废酸量及副产品量大。因而严重制约了攀西地区钛资源的利用和 钛工业的发展。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法，其利用钙镁杂质含量高的钛精矿生产高品位的氯化钛渣产品，从而为钛渣生产提供一种新工艺，以解决现有技术中钛渣生产工艺能耗高、杂质去除能力差、三废产出量大的问题。
[0008]为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段:
1)压球步骤:将高钙镁钛精矿、焦粉、粘结剂按90-110:10-15:0.15^0.3的重量份比例进行混匀，用直径为10~20mm的模具压球，制成球团；
2)预还原步骤:采用管式炉进行预还原，预还原温度为1350°C~1400°C，待炉温达到设定的温度后再放入球团并开始计时，还原时间为20~40min，且在预还原过程中通氩气，使得球团在氩气的保护性气氛下还原；
3)真空熔分步骤:将预还原后的球团在真空碳管炉中进行真空熔分，真空度为50~150Pa，熔分温度为1450~1550°C，保温时间15~45min，收集剩余的固相得到氯化钛渣。
[0009]相比于现有技术，本发明具有如下有益效果:
1、本发明采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法通过压球、预还原、真空熔分步骤，有效地去除了钛精矿中的钙、镁等杂质，达到富集钛渣的目的。
[0010]2、本发明采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法所得到的氯化钛渣中TiO2的品位均达到了 87%以上，具有非常高的钛渣品质。
[0011]3、本发明采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法，其流程简单、操作方便，并且整体制备过程降低了能耗，大大降低了“三废”的排放量，很好的解决现有技术中钛渣生产工艺能耗高、杂质去除能力差、三废产出量大的问题，为高钙镁钛精矿制取高品质钛渣提供了可行技术，具有很好的市场应用前景。【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]针对现有技术中利用高钙镁钛精矿生产钛渣能耗高、杂质去除能力差、三废产出量大的问题，本发明提供了一种采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法，用以有效的除去高钙镁钛精矿中的钙、镁杂质，生产高品位的氯化钛渣产品。本发明制备高品位氯化钛渣的方法流程如图1所示，具体包括如下步骤:
1)压球步骤:将高钙镁钛精矿、焦粉、粘结剂按90-110:10-15:0.15^0.3的重量份比例进行混匀，用直径为10~20mm的模具压球，制成球团；
2)预还原步骤:采用管式炉进行预还原，预还原温度为1350°C~1400°C，待炉温达到设定的温度后再放入球团并开始计时，还原时间为20~40min，且在预还原过程中通氩气，使得球团在氩气的保护性气氛下还原；
3)真空熔分步骤:将预还原后的球团在真空碳管炉中进行真空熔分，真空度为50~150Pa，熔分温度为1450~1550°C，保温时间15~45min，收集剩余的固相得到氯化钛渣。
[0014]在本发明的氯化钛渣制备方法中，采用了先预还原、再熔分的工艺方法，其原因在于:通过预还原，使得钛铁矿(Fe2TiO3)被还原成Fe，Tin02n--1, FeTi2O5, Ti3O5, Fe3C0预还原一定时间后使得Fe向核心部位汇集促进了后续熔分过程中的渣铁分离，一定数量的Fe3C可以降低球团的溶化性温度，在一定程度上缩短了后续的熔分时间，节约能耗；然后，再将预还原后的球团在真空碳管炉中进行真空熔分，经理论计算在真空度为50~150Pa，熔分温度为1450~1550°C时获得的钛渣品位较高，继续提高真空度和温度对钛渣品位影响不大。在真空熔分过程中MnO、5102和MgO等氧化物更易被还原成金属单质，且硅、镁、锰等杂质会以蒸气形式挥发掉，真空熔分后渣物相是Ti203、Ti0和少量的金属铁。真空熔分时，硅、镁、锰等杂质已经通过蒸气形式挥发掉，没有假板钛矿型固溶体的形成，渣中的高价钛和铁氧化物更容易还原，所以经真空熔分后所得的钛渣品位更高。
[0015]通过上述制备高品位氯化钛渣的流程可以看到，本发明利用钙镁杂质含量高的钛精矿生产高品位的氯化钛渣产品，不仅实现了对高钙镁钛精矿的回收利用，还能够生产得到高品位的氯化钛渣产品，并且有效解决了现有技术中钛渣生产工艺能耗高、杂质去除能力差、三废产出量大的问题，其原因在于钛精矿经过与还原可以缩短后续的熔分时间，在真空熔分过程中有效的出去了钙、镁、锰等杂质，且这些杂质都是以蒸汽形式挥发掉，所以本流程得到的钛渣品位高，三废量少。
[0016]下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0017]实施例一:
提取攀枝花现有的一种高钙镁钛精矿，经化学分析得到其成分及其质量分数如表1所
示:
表1
【权利要求】
1.一种采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)压球步骤:将高钙镁钛精矿、焦粉、粘结剂按90-110:10-15:0.15^0.3的重量份比例进行混匀，用直径为10~20mm的模具压球，制成球团； 2)预还原步骤:采用管式炉进行预还原，预还原温度为1350°C~1400°C，待炉温达到设定的温度后再放入球团并开始计时，还原时间为20~40min，且在预还原过程中通氩气，使得球团在氩气的保护性气氛下还原； 3)真空熔分步骤:将预还原后的球团在真空碳管炉中进行真空熔分，真空度为50~150Pa，熔分温度为1450~1550°C，保温时间15~45min，收集剩余的固相得到氯化钛渣。
2.根据权利要求1所述采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法，其特征在于，所述粘结剂为甲基纤维素。
3.根据权利要求1所述采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法，其特征在于，所述压球步骤中，高钙镁钛精矿和焦粉需研磨，且研磨后颗粒粒度小于200目。
4.根据权利要求1所述采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法，其特征在于，所述压球步骤之后，在预还原步骤之前，还将压球所得的球团在200°C的恒温干燥箱中干燥4小时。
5.根据权利要求1所述采用高钙镁钛精矿制备氯化钛渣的方法，其特征在于，所述压球步骤中，造球的压力 为20MPa。
【文档编号】C22B34/12GK103966429SQ201410224517
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】吕学伟, 张凯, 宋兵, 席飞, 黄润, 徐健, 白晨光 申请人:重庆大学