本發(fā)明涉及鈦鐵礦的資源綜合利用

技術(shù)領(lǐng)域：

，尤其涉及一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法。

背景技術(shù)：

目前世界上90％以上的鈦礦用于生產(chǎn)鈦白，約4％～5％的鈦礦用于生產(chǎn)金屬鈦，其余鈦礦用于制造電焊條、合金、碳化物、陶瓷、玻璃和化學(xué)品等。我國的鈦資源儲量非常豐富，但主要是鈦鐵礦，金紅石礦甚少。我國鈦礦主要由廣東、廣西、海南、云南和四川攀枝花開采生產(chǎn)，主要產(chǎn)品是鈦鐵礦精礦，也有少量的金紅石精礦。由于鈦鐵礦精礦的品位較低，通常經(jīng)過富集處理獲得高品位的富鈦料-高鈦渣或人造金紅石，才能進(jìn)行下一步的處理。目前電爐熔煉法處理鈦鐵礦是一種成熟的方法，工藝比較簡單，副產(chǎn)品金屬鐵可以直接利用，不產(chǎn)生固體和液體廢料，電爐煤氣可以回收利用，三廢少，工廠占地面積小，是一種高效的冶煉方法。但是電爐熔煉法的能量的有效利用率僅在17％左右，存在一定的環(huán)境污染。國內(nèi)外提出了1200～1250℃還原鈦鐵礦，然后磁選分離鈦渣和鐵的方法，但在此溫度下，只有隧道窯可以滿足間接還原要求，但是隧道窯臺車和罐體質(zhì)量遠(yuǎn)大于罐內(nèi)的鈦鐵精粉質(zhì)量，因此噸鈦渣冶煉煤耗超過1000公斤，且碳化硅罐材壽命短，這種方法沒有經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明人曾提出超細(xì)鈦鐵精礦粉800℃以下溫度還原，但礦粉粒度需要細(xì)于10微米，這種技術(shù)也不易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：鑒于上述的分析，本發(fā)明提供一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，至少能夠解決以下技術(shù)問題之一：(1)電爐熔煉法的能量的有效利用率低，且存在環(huán)境污染；(2)超細(xì)鈦鐵精礦粉低溫還原不易產(chǎn)業(yè)化，且高鈦渣和鐵分離困難。本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明提供了一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，包括：步驟S1、配料、混勻：將鈦鐵精礦粉、粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉配料，混勻；其中，鈦鐵精礦粉的粒度為325目以下；步驟S2、加熱還原：將混勻后的物料放在間接加熱還原裝置內(nèi)進(jìn)行加熱還原得到金屬化混合料，間接加熱還原裝置內(nèi)的反應(yīng)溫度為950℃～1100℃，反應(yīng)時(shí)間80min～200min，鈦鐵精礦粉還原后鐵的還原率大于95％；步驟S3、破碎、球磨、磁選：將冷卻后的金屬化混合料破碎、球磨至粒度細(xì)于100目，磁選分離得到金屬鐵和鈦渣；步驟S4、鐵粉脫水、干燥：將磁選后的鐵粉脫水，然后在間接干燥設(shè)備中干燥得到全鐵質(zhì)量百分含量超過92％的金屬鐵粉；步驟S5、鈦渣水洗、脫水、干燥：磁選后的高鈦渣經(jīng)過水洗、脫水、干燥得到TiO2大于90wt％的高鈦渣粉。進(jìn)一步的，所述步驟S1中，鈦鐵精礦粉的CaO的質(zhì)量百分比小于0.5％、MgO的質(zhì)量百分比小于1％。進(jìn)一步的，所述步驟S1中，鈦鐵精礦粉、粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的質(zhì)量比為100：10～20：0～10。進(jìn)一步的，所述步驟S1中，粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的平均粒度均細(xì)于100目。進(jìn)一步的，所述步驟S2中，控制物料厚度不超過60mm。進(jìn)一步的，所述步驟S2中，間接加熱還原裝置為鋼帶式加熱爐或推舟爐。進(jìn)一步的，所述步驟S2中，間接加熱還原裝置可采用燃?xì)饧訜峄螂娮杞z加熱或微波加熱。進(jìn)一步的，所述步驟S2中，還原后的金屬化混合料中，金屬鐵的粒度0.1mm以上。進(jìn)一步的，所述步驟S3中，選用濕式磁選機(jī)進(jìn)行磁選分離。進(jìn)一步的，所述步驟S1還包括：S101：把混勻后的物料冷壓成型得到球團(tuán)并干燥；干燥后的球團(tuán)可以加入間接加熱還原裝置繼續(xù)進(jìn)行步驟S2-步驟S5。本發(fā)明至少能夠?qū)崿F(xiàn)以下有益效果之一：(1)本發(fā)明的方法通過將鈦鐵精礦粉的粒度控制在325目以下，可以將反應(yīng)溫度控制在950℃～1100℃，通過添加碳酸鈉(和/或碳酸氫鈉)，添加10％～20％的還原劑，物料厚度不超過60mm，反應(yīng)時(shí)間控制在80min～200min，能夠保證鈦鐵精礦粉中鐵的還原率超過95％，同時(shí)金屬鐵粒度達(dá)到0.1mm以上，為磁選分離提供有利基礎(chǔ)，磁選分離后，能得到全鐵質(zhì)量百分含量超過92％的金屬鐵粉和高鈦渣粉(TiO2大于90％)，高鈦渣粉和鐵粉的分離效果好。(2)本發(fā)明的方法中采用的還原劑量少，反應(yīng)溫度低，因此，總煤耗低。得到1噸優(yōu)質(zhì)高鈦渣的煤粉量為150～280公斤(與煤種有關(guān))，電耗200kWh，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有電爐冶煉的2000kWh以上以及隧道窯還原的1000公斤煤耗，大幅度節(jié)能、降低碳排放；可低煤耗、低電耗、低碳排放生產(chǎn)高質(zhì)量的高鈦渣粉和金屬鐵粉，實(shí)現(xiàn)了鈦鐵精礦粉的綠色高附加值利用。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分可從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。附圖說明附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。圖1為實(shí)施例1的工藝流程圖；圖2為實(shí)施例2的工藝流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。目前電爐熔煉法處理鈦鐵礦是一種成熟的方法，電爐熔煉法處理鈦鐵礦工藝比較簡單，副產(chǎn)品金屬鐵可以直接利用，不產(chǎn)生固體和液體廢料，電爐煤氣可以回收利用，三廢少，工廠占地面積小，是一種高效的冶煉方法。但是由于電爐熔煉法屬于高溫冶金，能耗高是其固有的特點(diǎn)，生產(chǎn)1噸高鈦渣，大約需要2500kWh的電能，而實(shí)際上將鐵從鈦鐵礦中還原出來所需的化學(xué)能量僅在500kWh左右，即能量的有效利用率僅在17％左右，非常低；其二、電爐熔煉法使用冶金焦或石油焦作還原劑，也存在一定的環(huán)境污染。本發(fā)明人曾提出超細(xì)鈦鐵精礦粉800℃以下溫度還原，但礦粉粒度需要細(xì)于10微米，由于大規(guī)模制粉工藝的限制，這種技術(shù)也不易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。本發(fā)明人在長期深入研究過程中發(fā)現(xiàn)超細(xì)鈦鐵精礦粉800℃以下溫度還原過程中由于鐵粉太細(xì)，還存在高鈦渣和鐵粉分離困難的問題。本發(fā)明提供了一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，包括：步驟S1、配料、混勻：將鈦鐵精礦粉、粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉配料，混勻；其中，鈦鐵精礦粉的粒度為325目(0.045mm)以下；步驟S2、加熱還原：將混勻后的物料放在間接加熱還原裝置內(nèi)進(jìn)行加熱還原得到金屬化混合料，間接加熱還原裝置內(nèi)的反應(yīng)溫度為950℃～1100℃，反應(yīng)時(shí)間80min～200min，還原后鈦鐵精礦粉中鐵的還原率大于95％；步驟S3、破碎、球磨、磁選：將冷卻后的金屬化混合料破碎、球磨至粒度細(xì)于100目，通過濕式磁選機(jī)分離得到金屬鐵和鈦渣；步驟S4、鐵粉脫水、干燥：將磁選后的鐵粉脫水，然后在間接干燥設(shè)備中干燥得到全鐵質(zhì)量百分含量超過92％的金屬鐵粉；步驟S5、鈦渣水洗、脫水、干燥：磁選后的高鈦渣經(jīng)過水洗、脫水、干燥得到高鈦渣粉(TiO2大于90％)。需要說明的是，發(fā)明人經(jīng)過長期深入研究發(fā)現(xiàn)：鈦鐵礦中主要物相是FeTiO3，如果鈦鐵精礦粉的粒度在100微米左右，理論上熱力學(xué)最低還原溫度為810℃左右。實(shí)際上反應(yīng)由于受動力學(xué)限制，即使溫度在1200℃，反應(yīng)速度也較慢。這也是目前使用電爐熔煉法生產(chǎn)高鈦渣的原因之一。發(fā)明人經(jīng)過長期深入研究發(fā)現(xiàn)：鈦鐵礦的加熱還原過程中，原料的粒度是反應(yīng)速度快慢的重要參數(shù)之一，單純使用粒度降低溫度，如發(fā)明人之前所提到的，鈦鐵精礦粉粒度細(xì)于10微米，800℃以下溫度即可還原。然而，首先，原料10微米以下的粉體大規(guī)模制備存在難點(diǎn)；其次，800℃以下還原，對于鐵和鈦渣分離也是不利的，因?yàn)榉垠w太細(xì)，溫度又低，不易促使金屬鐵長大至0.1mm水平，因此即使鐵充分還原，但鐵和渣的分離效果較差(磁選分離時(shí)，金屬鐵過細(xì)，不利于分離)，金屬鐵和鈦渣達(dá)不到預(yù)期的分離效果?？梢?，鈦鐵礦不僅低溫還原存在難度，同時(shí)還存在金屬鐵和鈦渣充分分離難度大的問題。因此，發(fā)明人提出適當(dāng)提高反應(yīng)溫度還原鈦鐵礦的方法，此時(shí)原料的粒度可適度的放寬(例如，原料鈦鐵精礦粉的平均粒度為325目(0.045mm)以下)，便于大規(guī)模低成本制造粉體；同時(shí)，發(fā)明人添加碳酸鈉和/或碳酸氫鈉，碳酸鈉或碳酸氫鈉既能提高反應(yīng)速度，降低出現(xiàn)金屬鐵的溫度，還可以促使鐵粉聚集，促進(jìn)金屬鐵的晶粒長大，對提高金屬鐵和鈦渣分離效果有利。并且添加碳酸鈉、碳酸氫鈉不增加產(chǎn)品中的雜質(zhì)。具體的，上述步驟S1中，鈦鐵精礦粉的成分以質(zhì)量百分比計(jì)，主要包括：FeO：25％～45％，TiO2：35％～60％，其中，T.Fe：30％～40％?？紤]到生產(chǎn)過程雖然能有效去除雜質(zhì)，但是生產(chǎn)過程去除雜質(zhì)的能力有限，因此為了提高還原后的高鈦渣和金屬鐵的品質(zhì)，需要對入爐原料的組分進(jìn)行限定，由于CaO、MgO在還原及后續(xù)的磁選分離無法去除，并且CaO、MgO的含量過高，會導(dǎo)致其與鈦鐵礦主物相發(fā)生反應(yīng)，不利于后續(xù)的分離去除，影響鐵、鈦的分離回收；因此，上述步驟S1中，控制鈦鐵精礦粉的CaO的質(zhì)量百分比小于0.5％、MgO的質(zhì)量百分比小于1％。具體的，上述步驟S1中，還原劑為碳質(zhì)還原劑，例如煤粉等，鈦渣的品質(zhì)除了與鈦鐵精礦粉的成分有關(guān)外，還與配加的還原劑成分有關(guān)，因此為了提高還原后的高鈦渣和金屬鐵的品質(zhì)，需要降低還原劑中灰分的影響，因此，上述步驟S1中，控制還原劑的灰分含量低于10％。具體的，上述步驟S1中，碳酸鈉或碳酸氫鈉的屬性相似，是優(yōu)質(zhì)催化劑，本發(fā)明中，它們都能夠加速還原反應(yīng)和促進(jìn)金屬鐵晶粒長大，同時(shí)還能與爐渣中的SiO2、Al2O3反應(yīng)，部分生成可溶性的硅酸鹽和鋁酸鹽，最終提高鈦渣品質(zhì)。但是碳酸鈉或碳酸氫鈉高于850℃開始揮發(fā)，溫度越高，揮發(fā)越嚴(yán)重，對爐內(nèi)耐材的腐蝕性加劇。本發(fā)明中，控制碳酸鈉或碳酸氫鈉的添加質(zhì)量百分比10％以下，考慮到反應(yīng)溫度高，反應(yīng)速率快，所需催化劑的量少，因此，950℃～1000℃還原過程中，如果反應(yīng)溫度低，碳酸鈉或碳酸氫鈉的添加量可以多一些，溫度達(dá)到1100℃，則要少配或不配加。具體的：反應(yīng)溫度、原料粒度、碳酸鈉或碳酸氫鈉的添加量有如下關(guān)系：原料粒度越細(xì)，碳酸鈉或碳酸氫鈉的添加量越多，所需的反應(yīng)溫度越低；原料粒度越粗，碳酸鈉或碳酸氫鈉的添加量越少，所需的反應(yīng)溫度越高。具體的，上述步驟S1中，粉狀還原劑的含量過高，則反應(yīng)完還有殘余，浪費(fèi)材料；過低，還原不完全。因此，控制鈦鐵精礦粉、粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的質(zhì)量比為100：10～20：0～10。需要說明的是，反應(yīng)的溫度較高時(shí)，碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的添加量可以為0。需要說明的是，粉狀還原劑的量按照Fe2O3、FeO被C還原的方程式計(jì)算得到：Fe2O3+3C＝Fe+3COFeO+C＝Fe+CO具體的，上述步驟S1中，鈦鐵精礦粉的粒度(指的是平均粒度)過大會導(dǎo)致所需反應(yīng)溫度高、反應(yīng)速度較慢，且反應(yīng)不充分；鈦鐵精礦粉的粒度(指的是平均粒度)過小會導(dǎo)致所需反應(yīng)溫度低、還原后的鈦渣和鐵粉分離難；因此，控制鈦鐵精礦粉的平均粒度細(xì)于325目，示例性的，鈦鐵精礦粉的平均粒度為325～625目。具體的，上述步驟S1中，粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的粒度過大會導(dǎo)致其與鈦鐵精礦粉的接觸面積較小，還原、催化效果較差；粒度過小，會造成粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉與鈦鐵精礦粉混合均勻度較差，造成還原、催化效果較差；因此，控制粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的平均粒度均細(xì)于100目。具體的，上述步驟S2中，溫度過高，時(shí)間過長，易燒結(jié)，浪費(fèi)能源；溫度過低，時(shí)間過短，還原效果不好；因此，控制還原裝置中的反應(yīng)溫度為950℃～1100℃，反應(yīng)時(shí)間為80min～200min。需要說明的是，反應(yīng)溫度越高，所需的反應(yīng)時(shí)間越短。布料的厚度越厚，所需要的反應(yīng)時(shí)間越長。碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的添加量越多，所需要的反應(yīng)時(shí)間越短，所需要的溫度越高。具體的，上述步驟S2中，由于鈦鐵精礦粉的還原屬于碳熱還原，屬于強(qiáng)吸熱反應(yīng)，物料內(nèi)部基本上需要熱傳導(dǎo)供熱，如果物料厚度過大，傳熱速度慢，反應(yīng)速度慢，金屬鐵晶粒不易長大；物料厚度過大，單次處理量太小，生產(chǎn)效率低。因此控制物料厚度不超過60mm，示例性的，物料厚度為20～60mm，例如20mm，25mm，30mm，35mm，40mm，45mm，50mm，55mm，60mm。具體的，上述步驟S2中，還原后得到的混合料中鐵粉的粒度達(dá)到0.1mm以上，有利于后續(xù)磁選分離。經(jīng)過還原焙燒，已得到還原率大于95％、粒度大于0.1mm(例如，粒度大于0.15mm)的金屬鐵，這為后續(xù)的分離提供了基礎(chǔ)。本研究表明，將金屬鐵和爐渣的粒度粗于100目(0.15mm)，金屬鐵和鈦渣分離率超過95％。需要說明的是，上述步驟S2中，為了實(shí)現(xiàn)鈦鐵精礦粉中鐵的還原率大于95％，反應(yīng)裝備很重要，如果采用內(nèi)燃燒加熱的裝備，例如轉(zhuǎn)底爐加熱方式，則由于燃燒的弱氧化性氣氛，得不到95％的還原率。回轉(zhuǎn)窯理論上可實(shí)現(xiàn)950℃～1100℃還原，但是它也是內(nèi)加熱方式，為了保證還原性氣氛，則需多配煤，不僅增加了煤耗，同時(shí)煤灰和過剩煤將影響高鈦渣品質(zhì)。發(fā)明人經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，采用間接式加熱方式，如鋼帶式加熱爐或推舟爐等，可以保證爐內(nèi)還原氣氛，確保鐵的金屬化率超過95％。與采用內(nèi)燃燒加熱的裝置相比，內(nèi)燃燒加熱的裝置由于燃燒的弱氧化性氣氛，達(dá)到相同的還原率所需的煤耗大，本發(fā)明采用間接加熱方式還原，可以保證爐內(nèi)還原氣氛，可保證還原的粉粒不會在爐內(nèi)遭受二次氧化(如果鈦鐵精礦粉被還原之后，又被二次氧化，然后再被還原至目標(biāo)金屬化率或還原率，消耗的還原劑煤的量肯定較多，如果能保證氣氛，被還原后不會再發(fā)生二次氧化，消耗的還原劑煤的量肯定會較少)，所需的還原劑量少，可以大大減少還原劑量。具體的，由于推舟爐的鋼舟質(zhì)量大，增加了加熱能耗，因此，本發(fā)明的間接加熱還原裝置優(yōu)選鋼帶式加熱爐。具體的，上述步驟S2中，間接加熱還原裝置可采用燃?xì)饧訜?，也可采用電阻絲加熱或微波加熱。具體的，上述步驟S3中，考慮到濕式磁選的效果要優(yōu)于干式磁選，因此本發(fā)明選用濕式磁選機(jī)進(jìn)行磁選分離。具體的，上述步驟S3中，為了提高磁選分離后的金屬鐵和鈦渣分離效果，濕式磁選機(jī)可以選用兩級濕式磁選機(jī)。具體的，上述步驟S4中，鐵粉脫水選用間接干燥設(shè)備，這是因?yàn)橹苯痈稍镆自斐设F粉再次被氧化，影響鐵粉的質(zhì)量。具體的，上述步驟S4中，綜合考慮脫水的效率以及能耗，控制鐵粉脫水的干燥溫度為200-500℃，干燥時(shí)間20-60min。具體的，上述步驟S5中，考慮到鈦渣中含有少量的鈉鹽和可溶性的硅酸鹽和鋁酸鹽，需要通過水洗脫除，水洗后經(jīng)過脫水、干燥得到高鈦渣粉(TiO2大于90％)。具體的，上述步驟S5中，鈦渣干燥可以采用滾筒干燥，考慮到干燥的效率及能耗，控制鈦渣的干燥溫度為200-500℃，干燥時(shí)間為20-120min。具體的，上述步驟S1中，對于大規(guī)模的生產(chǎn)線，為了降低爐內(nèi)的粉塵量，需要把鈦鐵精礦粉、粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉做成球團(tuán)后加入加熱還原裝置內(nèi)，這樣可降低爐內(nèi)的粉塵量，有利于生產(chǎn)線的長期使用。因此，上述步驟S1還包括：S101：把混勻后的物料冷壓成型得到球團(tuán)并干燥。干燥后的球團(tuán)可以加入間接加熱還原裝置繼續(xù)進(jìn)行步驟S2-步驟S5。具體的，上述步驟S101中，冷壓成型的過程需要使用粘結(jié)劑，為了減少混入球團(tuán)內(nèi)的脈石含量，優(yōu)選有機(jī)粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的用量與鈦鐵精礦粉的質(zhì)量比為2～8：100。具體的，上述步驟S101中，有機(jī)粘結(jié)劑為羧甲基纖維素鈉、改性淀粉、丙烯酰胺、腐殖酸鈉和廢糖漿中的一種或多種。具體的，為了減輕進(jìn)入還原裝備的球團(tuán)的爆裂，上述步驟S101中，干燥后的球團(tuán)的水分要控制在2％以下。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法通過將鈦鐵精礦粉的粒度控制在325目以下，可以將反應(yīng)溫度控制在950℃～1100℃，通過添加碳酸鈉(和/或碳酸氫鈉)，添加10％～20％的還原劑(與碳質(zhì)還原劑固定碳含量以及鈦鐵精礦粉的成分有關(guān))，物料厚度不超過60mm，反應(yīng)時(shí)間控制在80min～200min，能夠保證鈦鐵精礦粉中鐵的還原率超過95％，同時(shí)金屬鐵粒度達(dá)到0.1mm以上，為磁選分離提供有利基礎(chǔ)，磁選分離后，能得到全鐵質(zhì)量百分含量超過92％的金屬鐵粉和高鈦渣粉(TiO2大于90％)，高鈦渣和鐵粉的分離效果好。本發(fā)明的方法中得到1噸高鈦渣的煤粉量為150～280公斤(與煤種有關(guān))，電耗200kWh，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有電爐冶煉的2500kWh以及隧道窯還原的1000公斤煤耗，大幅度節(jié)能、降低碳排放；本發(fā)明的方法采用的還原劑量少，反應(yīng)溫度低，因此，總煤耗低。可低煤耗、低電耗、低碳排放生產(chǎn)高質(zhì)量的高鈦渣粉和金屬鐵粉，實(shí)現(xiàn)了鈦鐵精礦粉的綠色高附加值利用。實(shí)施例1本實(shí)施例提供了一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，采用上述的方法，工藝流程圖如圖1所示。具體的細(xì)節(jié)如下：本實(shí)施例使用的鈦鐵精礦粉，平均粒度為325～625目，其中，325目對應(yīng)45微米，625目對應(yīng)20微米。主要成分見表1。還原劑用煤粉，煤粉成分見表2，碳酸鈉純度大于95％。煤粉和碳酸鈉的粒度小于100目。(1)將鈦鐵精礦粉、煤粉、碳酸鈉粉按照質(zhì)量比100：18：7配料、混勻；(2)混合料進(jìn)入間接加熱還原裝置加熱還原，爐內(nèi)最高溫度1000℃，反應(yīng)時(shí)間150min，物料厚度40mm，還原后鈦鐵礦中鐵的還原率為97％。其中，間接加熱還原裝置為鋼帶式加熱爐。(3)還原后的金屬化混合料冷卻后經(jīng)過破碎、球磨，粒度通過150目，通過兩級濕式磁選機(jī)分離金屬和鈦渣。(4)磁選后的鐵粉經(jīng)過板框壓濾脫水至水分10％，然后在間接干燥爐內(nèi)干燥，溫度300℃，停留時(shí)間60min，最終金屬鐵粉中全鐵超過94.3％。(5)磁選后的鈦渣經(jīng)過水洗、板框脫水至水分為12％，再進(jìn)行滾筒干燥，煙氣溫度400℃，時(shí)間40min，得到高鈦渣粉中TiO293.5％。表1鈦鐵精礦粉的主要成分/wt％T.FeFeOTiO2SiO2CaOMgOAl2O332.2831.9656.590.840.050.10.21表2煤粉主要成分/wt％固定碳揮發(fā)份灰分S56.00％30.00％6.50％0.42％實(shí)施例2本實(shí)施例使用的鈦鐵精礦粉，平均粒度為325～625目，主要成分見表1。還原劑用煤粉見表3。碳酸鈉、碳酸氫鈉純度大于95％，碳酸鈉、碳酸氫鈉的質(zhì)量比為60：40。煤粉、碳酸鈉、碳酸氫鈉的粒度小于100目，粘結(jié)劑為有機(jī)粘結(jié)劑羧甲基纖維素鈉。(1)將鈦鐵礦精粉、碳質(zhì)還原劑、碳酸鈉及碳酸氫鈉、粘結(jié)劑按照質(zhì)量比100：13：2：5配料、混勻、冷壓成型得到球團(tuán)，球團(tuán)為橢球(長50mm左右，寬、高30mm左右)。在連續(xù)干燥機(jī)上干燥，干燥進(jìn)風(fēng)溫度300℃，停留30min，球團(tuán)水分1.5％。(2)球團(tuán)進(jìn)入間接加熱還原裝置加熱還原，爐內(nèi)最高溫度1080℃，反應(yīng)時(shí)間100min，物料厚度50mm，還原后鈦鐵礦中鐵的還原率為95％。其中，間接加熱還原裝置為鋼帶式加熱爐。(3)還原后的金屬化混合料冷卻后經(jīng)過破碎、球磨，粒度通過100目，通過兩級濕式磁選機(jī)分離金屬和鈦渣。(4)磁選后的鐵粉經(jīng)過板框壓濾脫水至水分9％，然后在間接干燥爐內(nèi)干燥，溫度300℃，停留時(shí)間55min，最終金屬鐵粉中全鐵92.1％。(5)磁選后的鈦渣經(jīng)過水洗、板框脫水至水分為13％，再進(jìn)行滾筒干燥，煙氣溫度400℃，時(shí)間45min，得到高鈦渣粉中高鈦渣粉中TiO292.2％。表3實(shí)施例2的煤粉主要成分/wt％固定碳揮發(fā)份灰分S79.29％11.55％8.50％0.35％實(shí)施例3本實(shí)施例提供了一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，工藝流程與實(shí)施例1相同。具體的細(xì)節(jié)如下：本實(shí)施例使用的鈦鐵精礦粉，平均粒度為325～625目，主要成分見表4。還原劑用煤粉，煤粉成分見表5，碳酸鈉純度大于95％。煤粉和碳酸鈉的粒度小于100目。(1)將鈦鐵精礦粉、煤粉、碳酸鈉粉按照質(zhì)量比100：16：7配料、混勻；(2)混合料進(jìn)入間接加熱還原裝置加熱還原，爐內(nèi)最高溫度950℃，反應(yīng)時(shí)間180min，物料厚度40mm，還原后鈦鐵礦中鐵的還原率為96％。其中，間接加熱還原裝置為鋼帶式加熱爐。(3)還原后的金屬化混合料冷卻后經(jīng)過破碎、球磨，粒度通過150目，通過兩級濕式磁選機(jī)分離金屬和鈦渣。(4)磁選后的鐵粉經(jīng)過板框壓濾脫水至水分10％，然后在間接干燥爐內(nèi)干燥，溫度300℃，停留時(shí)間60min，最終金屬鐵粉中全鐵超過93.8％。(5)磁選后的鈦渣經(jīng)過水洗、板框脫水至水分為12％，再進(jìn)行滾筒干燥，煙氣溫度400℃，時(shí)間40min，得到高鈦渣粉中TiO292.1％。表4鈦鐵精礦粉的主要成分/wt％T.FeFeOTiO2SiO2CaOMgOAl2O332.3936.547.153.10.050.10.21表5煤粉主要成分/wt％固定碳揮發(fā)份灰分S56.00％30.00％6.50％0.42％實(shí)施例4本實(shí)施例提供了一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，工藝流程與實(shí)施例1相同。具體的細(xì)節(jié)如下：本實(shí)施例使用的鈦鐵精礦粉，平均粒度為325～625目，主要成分見表6。還原劑用煤粉，煤粉成分見表7，碳酸鈉純度大于95％。煤粉和碳酸鈉的粒度小于100目。(1)將鈦鐵精礦粉、煤粉、碳酸鈉粉按照質(zhì)量比100：12：7配料、混勻；(2)混合料進(jìn)入間接加熱還原裝置加熱還原，爐內(nèi)最高溫度1000℃，反應(yīng)時(shí)間150min，物料厚度40mm，還原后鈦鐵礦中鐵的還原率為97％。其中，間接加熱還原裝置為鋼帶式加熱爐。(3)還原后的金屬化混合料冷卻后經(jīng)過破碎、球磨，粒度通過150目，通過兩級濕式磁選機(jī)分離金屬和鈦渣。(4)磁選后的鐵粉經(jīng)過板框壓濾脫水至水分10％，然后在間接干燥爐內(nèi)干燥，溫度300℃，停留時(shí)間60min，最終金屬鐵粉中全鐵超過94.3％。(5)磁選后的鈦渣經(jīng)過水洗、板框脫水至水分為12％，再進(jìn)行滾筒干燥，煙氣溫度400℃，時(shí)間40min，得到高鈦渣粉中TiO293.5％。表6鈦鐵精礦粉的主要成分/wt％T.FeFeOTiO2SiO2CaOMgOAl2O332.7540.548.223.30.050.10.21表7煤粉主要成分/wt％固定碳揮發(fā)份灰分S79.29％11.55％8.50％0.35％對比例1本對比例提供了一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，工藝流程與實(shí)施例1相同。具體的細(xì)節(jié)如下：本對比例使用的鈦鐵精礦粉，粒度細(xì)于100目。主要成分見表1。還原劑用煤粉，煤粉成分見表2，碳酸鈉純度大于95％。煤粉和碳酸鈉的粒度通過100目。(1)將鈦鐵精礦粉、煤粉、碳酸鈉粉按照質(zhì)量比100：18：7配料、混勻；(2)混合料進(jìn)入間接加熱還原裝置加熱還原，爐內(nèi)最高溫度920℃，反應(yīng)時(shí)間60min，物料厚度40mm，還原后鈦鐵礦中鐵的還原率為85％。其中，間接加熱還原裝置為鋼帶式加熱爐。(3)還原后的金屬化混合料冷卻后經(jīng)過破碎、球磨，粒度通過150目，通過兩級濕式磁選機(jī)分離金屬和鈦渣。(4)磁選后的鐵粉經(jīng)過板框壓濾脫水至水分10％，然后在間接干燥爐內(nèi)干燥，溫度300℃，停留時(shí)間60min，最終金屬鐵粉中全鐵超過82.3％。(5)磁選后的鈦渣經(jīng)過水洗、板框脫水至水分為12％，再進(jìn)行滾筒干燥，煙氣溫度400℃，時(shí)間40min，得到高鈦渣粉中TiO272.5％。對比例2本對比例提供了一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，工藝流程與實(shí)施例1相同。具體的細(xì)節(jié)如下：本對比例使用的鈦鐵精礦粉，粒度細(xì)于200目。主要成分見表1。還原劑用煤粉，煤粉成分見表2，碳酸鈉純度大于95％。煤粉和碳酸鈉的粒度通過100目。(1)將鈦鐵精礦粉、煤粉、碳酸鈉粉按照質(zhì)量比100：18：7配料、混勻；(2)混合料進(jìn)入間接加熱還原裝置加熱還原，爐內(nèi)最高溫度1150℃，反應(yīng)時(shí)間40min，物料厚度70mm，還原后鈦鐵礦中鐵的還原率為78％。其中，間接加熱還原裝置為鋼帶式加熱爐。(3)還原后的金屬化混合料冷卻后經(jīng)過破碎、球磨，粒度通過150目，通過兩級濕式磁選機(jī)分離金屬和鈦渣。(4)磁選后的鐵粉經(jīng)過板框壓濾脫水至水分10％，然后在間接干燥爐內(nèi)干燥，溫度300℃，停留時(shí)間60min，最終金屬鐵粉中全鐵超過80.4％。(5)磁選后的鈦渣經(jīng)過水洗、板框脫水至水分為12％，再進(jìn)行滾筒干燥，煙氣溫度400℃，時(shí)間40min，得到高鈦渣粉中TiO271.4％。上述實(shí)施例1-4中，得到1噸優(yōu)質(zhì)高鈦渣的煤粉量為150～280公斤(與煤種有關(guān))，電耗200kWh；煤耗與電爐冶煉工藝相當(dāng)，電耗遠(yuǎn)低于現(xiàn)有電爐冶煉2000-2500kWh的電耗。可見，本發(fā)明的方法低煤耗、低電耗、低碳排放生產(chǎn)高質(zhì)量的高鈦渣粉和金屬鐵粉，實(shí)現(xiàn)了鈦鐵精礦粉的綠色高附加值利用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。上述對比例1-2中，還原溫度、還原時(shí)間、布料厚度、礦粉粒度均不同，導(dǎo)致還原效果有較大的差異。對比例1中還原溫度為920℃，還原時(shí)間為60min，礦粉粒度為<100目，溫度低于本發(fā)明保護(hù)范圍，造成還原速率降低，而由于還原時(shí)間縮短、粒度變粗，造成還原效果變差，導(dǎo)致最終的分離得到的產(chǎn)品質(zhì)量差。對比例2中還原溫度為1150℃，還原時(shí)間為40min，礦粉粒度為<200目，溫度高于本發(fā)明保護(hù)范圍，還原速率相對較高，但由于還原時(shí)間縮短、粒度變粗，造成還原效果變差，導(dǎo)致最終的分離得到的產(chǎn)品質(zhì)量差。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本

技術(shù)領(lǐng)域：

的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12

技術(shù)特征：

1.一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，包括：

步驟S1、配料、混勻：將鈦鐵精礦粉、粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉配料，混勻；其中，鈦鐵精礦粉的粒度為325目以下；

步驟S2、加熱還原：將混勻后的物料放在間接加熱還原裝置內(nèi)進(jìn)行加熱還原得到金屬化混合料，間接加熱還原裝置內(nèi)的反應(yīng)溫度為950℃～1100℃，反應(yīng)時(shí)間80min～200min，鈦鐵精礦粉還原后鐵的還原率大于95％；

步驟S3、破碎、球磨、磁選：將冷卻后的金屬化混合料破碎、球磨至粒度細(xì)于100目，磁選分離得到金屬鐵和鈦渣；

步驟S4、鐵粉脫水、干燥：將磁選后的鐵粉脫水，然后在間接干燥設(shè)備中干燥得到全鐵質(zhì)量百分含量超過92％的金屬鐵粉；

步驟S5、鈦渣水洗、脫水、干燥：磁選后的高鈦渣經(jīng)過水洗、脫水、干燥得到TiO2大于90wt％的高鈦渣粉。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，所述步驟S1中，鈦鐵精礦粉的CaO的質(zhì)量百分比小于0.5％、MgO的質(zhì)量百分比小于1％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，所述步驟S1中，鈦鐵精礦粉、粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的質(zhì)量比為100：10～20：0～10。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，所述步驟S1中，粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的平均粒度均細(xì)于100目。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，所述步驟S2中，控制物料厚度不超過60mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，所述步驟S2中，間接加熱還原裝置為鋼帶式加熱爐或推舟爐。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，所述步驟S2中，間接加熱還原裝置可采用燃?xì)饧訜峄螂娮杞z加熱或微波加熱。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，所述步驟S2中，還原后的金屬化混合料中，金屬鐵的粒度0.1mm以上。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，所述步驟S3中，選用濕式磁選機(jī)進(jìn)行磁選分離。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，其特征在于，所述步驟S1還包括：

S101：把混勻后的物料冷壓成型得到球團(tuán)并干燥；干燥后的球團(tuán)可以加入間接加熱還原裝置繼續(xù)進(jìn)行步驟S2-步驟S5。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法，屬于鈦鐵礦的資源綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有電爐熔煉法的能量的有效利用率低，高鈦渣和鐵分離困難的問題。包括：步驟S1、將鈦鐵精礦粉、粉狀還原劑、粉狀碳酸鈉和/或碳酸氫鈉配料，混勻；步驟S2、將混勻后的物料放在間接加熱還原裝置內(nèi)進(jìn)行加熱還原得到金屬化混合料，間接加熱還原裝置內(nèi)的反應(yīng)溫度950℃～1100℃，時(shí)間80min～200min；步驟S3、將冷卻后的金屬化混合料破碎、球磨至粒度細(xì)于100目，磁選分離；步驟S4、將磁選后的鐵粉脫水，然后在干燥得到金屬鐵粉；步驟S5、磁選后的高鈦渣經(jīng)過水洗、脫水、干燥得到高鈦渣粉。本發(fā)明的方法可低煤耗、低碳排放生產(chǎn)高質(zhì)量的高鈦渣粉和金屬鐵粉。

技術(shù)研發(fā)人員：王磊;郭培民;孔令兵;林萬舟;周強(qiáng);

受保護(hù)的技術(shù)使用者：鋼研晟華科技股份有限公司;中國鋼研科技集團(tuán)有限公司;

技術(shù)研發(fā)日：2021.05.31

技術(shù)公布日：2021.10.01