鈦鐵精礦粉低溫還原制備高鈦渣粉和金屬鐵粉的方法

2022-05-21  作者: 147小編

 


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,副產品金屬鐵可以直接利用,不產生固體和液體廢料,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,生產1噸高鈦渣,大約需要2500kWh的電能,而實際上將鐵從鈦鐵礦中還原出來所需的化學能量僅在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,也存在一定的環境污染。

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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,理論上熱力學最低還原溫度為810°C左右。實際上反應由于受動力學限制,即使溫度在1200°C,反應速度也較慢。這也是目前使用電爐熔煉法生產高鈦渣的原因之一。

鈦鐵精礦粉粒度細于10微米,800°C以下溫度即可還原。然而,首先,原料10微米以下的粉體大規模制備存在難點;其次,800°C以下還原,對于鐵和鈦渣分離也是不利的,因為粉體太細,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,金屬鐵過細,不利于分離),金屬鐵和鈦渣達不到預期的分離效果??梢?,鈦鐵礦不僅低溫還原存在難度,同時還存在金屬鐵和鈦渣充分分離難度大的問題

技術路線

發明人提出適當提高反應溫度還原鈦鐵礦的方法,此時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),便于大規模低成本制造粉體;同時,發明人添加碳酸鈉和/或碳酸氫鈉,碳酸鈉或碳酸氫鈉既能提高反應速度,降低出現金屬鐵的溫度,還可以促使鐵粉聚集,促進金屬鐵的晶粒長大,對提高金屬鐵和鈦渣分離效果有利。并且添加碳酸鈉、碳酸氫鈉不增加產品中的雜質。

(碳酸氫鈉熔點270度,沸點851度;碳酸鈉熔點851度,沸點1600度。)

碳酸鈉或碳酸氫鈉的屬性相似,是優質催化劑,本發明中,它們都能夠加速還原反應和促進金屬鐵晶粒長大,同時還能與爐渣中的SiO2、Al2O3反應,部分生成可溶性的硅酸鹽和鋁酸鹽,最終提高鈦渣品質。

碳酸鈉或碳酸氫鈉高于850°C開始揮發,溫度越高,揮發越嚴重,對爐內耐材的腐蝕性加劇。本發明中,控制碳酸鈉或碳酸氫鈉的添加質量百分比10%以下,考慮到反應溫度高,反應速率快,所需催化劑的量少,因此,950°C~1000°C還原過程中,如果反應溫度低,碳酸鈉或碳酸氫鈉的添加量可以多一些,溫度達到1100°C,則要少配或不配加。

具體工藝:

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進行加熱還原得到金屬化混合料,間接加熱還原裝置內的反應溫度為950°C~1100°C,反應時間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、球磨至粒度細于100目,通過濕式磁選機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,然后在間接干燥設備中干燥得到全鐵質量百分含量超過92%的金屬鐵粉;

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

注意:步驟S2中,由于鈦鐵精礦粉的還原屬于碳熱還原,屬于強吸熱反應,物料內部基本上需要熱傳導供熱,如果物料厚度過大,傳熱速度慢,反應速度慢,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。

工藝流程圖

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