一种从钛精矿中制备酸溶性富钛料和铁粉的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及矿产资源综合利用领域，具体涉及一种从钛精矿中制备酸溶性富钛料 和铁粉的方法。
【背景技术】
[0002] 我国钛白工业的原料来源一是钛精矿，二是经过物理化学生产过程而形成的钛矿 富集物，简称富钛料。近年来随着我国钛白工业快速发展，对富钛料的需求与日倶增，由于 富钛料具有含钛量高，工艺比较简单、工艺过程三废处理量少，资源和能源利用率高，且有 助于提高产品品质等优点，越来越受钛白生产厂家青睐，呈现供不应求、依赖进口、供需矛 盾突出的态势。据预测，今后几年我国富钛料仍需大量进口。
[0003] 目前，我国从钛精矿制备富钛料的主要生产方法是电炉法，虽然它有一系列优点， 但能耗高，生产1吨高钛渣，大约需要3000kWh的电能，在能源比较短缺的地区，很难选用。 因此，为增加富钛料国内市场的供应量，开辟生产富钛料的新方法，是一项极待解决的技术 攻关课题。本发明则是在钒钛磁铁矿实施的隧道窑还原磨选产业化方法的自主研发的专利 技术(专利号200810143675. 6)基础上，开发一种从钛精矿制备酸溶性富钛料与铁粉的非电 炉方法。针对不同类型与品位钛精矿与产品性能特征，采用腐植酸钠为催化剂的隧道窑还 原磨选法，经系统试验，解决了制备酸溶性富钛料和铁粉的生产工艺技术与方法问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：在电炉法生产高钛渣基础上，采用腐植酸钠作催 化剂的隧道窑还原磨选法，针对不同类型与品位钛精矿矿物性能特征与产品行规指标，进 行了系统试验，解决了制备酸溶性富钛料和铁粉的生产工艺技术与方法问题，为工业生产 酸溶性富钛料和铁粉提供一种高效、节能、环保、适用性强的新方法。
[0005] 为解决上述技术问题所实施的技术方法是： 一种从钛精矿中制备酸溶性富钛料和铁粉的方法，其特征在于以无毒无臭无腐蚀的腐 植酸钠作催化剂，配矿比为：不同类型和品位钛精矿100份：腐植酸钠催化剂1. 5-10份、 无烟煤或石油焦还原剂< 10份，在仿隧道窑内，采用两段升温还原烧成制度，第一段温度 < 1000°C，保温3-4小时，和第二段温度< 1200°C，保温2-3小时，还原料经磨选分离，获得 1102品位67-77%、了？63· 04-7. 33%、Ti02回收率90-98. 89%、酸解率92-98%、粒度-200目98% 的酸溶性富钛料和TFe品位84-92. 5%、Fe回收率84-96%的铁粉两个商品级产品。
[0006] 所得产品质量达到行标和用户要求的指标。比较结果列于表1 : 表1国内外钛精矿制备酸溶性富钛料与铁粉技术指标比较
I专不U7T仅tfj力汰个仪禾苗」tejpy太土广虽筑科/7Γ共仴咼、丄乙间平、二废 处理少、副广品直接利用率尚等优点，而且能够大幅降低能耗，副广品性价比提升、不受资 源条件制约，因地制宜、就地取材地生产富钛料，为扩大我国富钛料生产开辟了一种新的产 业化方法，可达到以下技术效果：一是为国内外拥有大量微细粒嵌布、难选的低品位钛精 矿（Ti02品位< 40%、TFe> 30%)资源(包括原生矿、半风化矿、海滨砂矿和选厂中矿等)，而 又缺电或电价昂贵的地区和国家提供了一种高效、经济地综合利用钛精矿的产业化方法； 二是针对不同钛精矿矿物的特点，采用两段升温还原烧成制度(经65米长工业隧道審试验 验证）和不同份量腐植酸钠催化剂、还原剂的集成匹配，在确保获得酸解率高的富钛料和高 品位铁粉条件下，实现了生产工艺过程的顺畅，为国内所有类型钛精矿矿制备富钛料提供 了 一种非电炉新方法。
[0007] 所述腐植酸钠催化剂为市场大量有售的常规工业产品，水溶性腐植酸钠干基含量 多70%，分子式为C9HsNa204 (简称HA-Na)，外观为黑亮色的无定性颗粒，无毒无臭无腐蚀，极 易溶于水，采用天然含腐植酸的优质低钙低镁风化煤经化学提炼而成，是一种多功能天然 有机多孔高分子化合物，含有羟基，醌基，羧基等较多的活性基团，具有很大的内表面积，有 较强的吸附，交换，络合，螯合能力。腐植酸及其钠盐已在国民经济的众多领域得到应用和 认可。如作陶瓷添加剂，解胶剂，钻井泥浆调整剂，工业用水稳定剂，水泥减水剂，锅炉除垢 剂，废气废水处理剂，水煤桨外加剂，型煤粘合剂，蓄电池阴极板扩张剂；在农业中作复合肥 料，可改变土壤结构，对农作物起到防病抗病增产增收的效果；禽畜养殖中作饲料添加剂， 水产养殖中作增效剂；在医药上可作浴疗药剂等，显示出强大的生命力。在矿产资源综合 利用与冶金技术领域的应用方面，腐植酸钠作为浮选药剂、添加剂、黏结剂应用已有诸多报 导，如高分子固结球团直接还原法专利（CN85103346A)中，公开了为防止回转窑还原过程中 结圈问题，开发出腐植酸钠作为铁矿球团粘结剂使用的技术，但是作为催化剂用于从钛精 矿矿中制备酸溶性富钛料与铁粉是第一次，作为催化剂应用于从钒钛铁精矿中直接制备低 钒合金钢粉也是第一次(在专利号为2013107104187的说明书【背景技术】中同时做了说明）。 腐植酸钠催化剂的功能作用主要是： 第一、迄今未见腐殖酸钠用作钛精矿中还原分离钛和铁的催化剂报导，本专利首次进 行了这方面的试验研究，获得了良好的钛、铁分离指标，主产品富钛料品位较高、粒度细、含 铁低、酸溶性好，达到了国内外行标与用户要求的指标，是生产硫酸法钛白的理想原料，副 产品铁粉用途广、性价比高。
[0008] 第二、腐殖酸钠用作催化剂还原钛精矿，与已有技术中氯化钠、硫酸钠、碳酸钠相 比，具有以下三个优点：一是环保好，无毒、无味、无害，可直接作复合肥料、饲料添加剂与医 疗浴疗剂。二是腐殖酸钠不仅是催化剂，还是理想的内配还原剂(灰分低)，所含的羟基、醌 基、羧基的高分子碳氢化合物，在还原过程中，可分解出氢气和一氧化碳，可将第二段促进 铁晶粒长大的温度由1280Γ(用硫酸钠做催化剂时）降至< 1200°C，达到节能尤其是延长 反应罐使用寿命的效果；三是原料来源广泛，用量较少，生产工艺简单，有腐殖煤的地方，用 户可就地取材生产。
[0009] 所述分段升温还原烧成制度是先升温至< 1000°C，保温3-4小时，使氧化铁充分 还原为金属铁，然后再将温度升至< 1200°C，保温2-3小时，使金属铁晶粒长大到适宜机械 分选的粒度。工业上控温时间需根据不同类型与品位钛精矿，经试验选定。
[0010] 为进一步说明本专利的技术特征，对检索到的对比技术文件进行了比较，如表2 所示： 表2本专利与对比文件技术特征的比较表
从表2可以清晰看出，不同类型矿物、不同的综合利用方法是大相径庭的，技术方案及 其工艺参数都有各自相互依存的特点，不能任意切割，例如： 1、本专利与2013107104187号专利文件相比，虽然都是采用隧道審还原磨选法与用腐 植酸钠作催化剂，但其技术特征的差异，可从以下几方面体现出来： ①矿物组成区别 一是矿物组成不同：钒钛铁精矿组成复杂，是以磁铁矿为主，同钛铁晶石、镁铝尖晶石 及少量钛铁矿片晶组合的复合矿物，大量试验证明比普通磁铁矿难还原（温度要高、时间要 长)。钛精矿组成较简单，其化学分子式为Fe0.Ti02，由于氧化铁和二氧化钛以尖晶石形的 化合存在，比银钛铁精矿更难还原。
[0011] 二是类型多样不同：钒钛铁精矿有高钛型（高炉冶炼难)、中钛型、高钒低钛型等。 钛精矿有原生矿、风化矿、半风化矿、海滨砂矿等。
[0012] 三是化学成分各异，铁、钛含量差别显著：钒钛铁精矿含铁高钛低，一般含TFe 51-58%，含Ti02 2 . 5-14% (个别达22%)，含V2050. 5-1.6%，综合利用时铁是主产品，钒、钛是 副广品，I凡在铁钦I凡分尚过程中的走向对工艺流程和广品性能有很大影响。钦精矿含钦尚 铁低，一般含Ti02 45-53%，含TFe32-38%，含V205彡0.2%，综合利用时钛是主产品，铁是副 产品。
[0013] ②腐植酸钠催化还原磨选分离钒钛铁精矿和钛精矿工艺参数的差别 一是目的不同：钒钛铁精矿的主产品是制备低钒合金钢粉，钛精矿的主产品是制备品 位高(含Ti02 7 5-78%)、粒度细、酸溶性好的富钛料，作硫酸法钛白原料，副产品是性价比较 高的铁粉(与电炉法的生铁块相比)。
[0014] 二是还原工艺的差别：钒钛铁精矿采用一段还原（1200±30°C)，无烟煤添加量较 高，为15-28%，目的是有利于钒进入铁中，获得低钒合金钢粉。钛精矿针对其难还原的特性， 采用两段还原工艺，第一段<