專利名稱：從含鈦渣中分離鈦組分的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種礦冶工藝方法，特別涉及一種從含鈦渣中分離鈦組分的方法。
釩鈦磁鐵礦是我國蘊藏豐富的多金屬共生礦之一，其中含鐵30-45％，TiO26-15％。該礦組成復(fù)雜，嵌布粒度細，直接選礦分離鐵與鈦，效果不佳。采用火法冶金，在冶金爐中完成冶煉后可實現(xiàn)渣-鐵分離，但大部分含鈦的氧化物以十分細小和分散狀態(tài)賦存到渣相，成為含鈦的冶金渣。現(xiàn)有技術(shù)中還有采用火法冶金、水法冶金或選礦分離等工藝從含鈦渣中分離鈦的方法，但因分離效率低、處理量少、污染環(huán)境、流程長、投資大或效益低等原因，最終都不能在工業(yè)規(guī)模上應(yīng)用，至今大量堆積，既浪費資源，又污染環(huán)境。
本發(fā)明的目的在于提供一種低能耗、高效益、投資少、處理量大，可有效地從含鈦廢渣中將鈦組分分離出來的方法。
本發(fā)明的基本內(nèi)容是首先對含鈦渣進行改性，調(diào)整熔渣組成，控制渣的氧位，使渣中分散存在于各種含鈦相中的鈦選擇性地富集到一種富鈦礦物相——鈣鈦礦(CaTiO3)相中，并在隨后的冷卻過程中優(yōu)化處理條件，控制冷卻速度和溫度范圍，加入少量添加劑，促使析出的鈣鈦礦相長大和粗化，達到平均粒徑50μm以上，然后將凝渣破碎磨細，采用礦物加工方法選擇性分離出富集鈣鈦礦的富鈦相。本發(fā)明的方法主要由選擇性富集，選擇性長大和選擇性分離三個環(huán)節(jié)構(gòu)成。
選擇性富集含鈦渣中鈦的分布很分散，渣中至少存在五種以上含鈦礦物相，如表1。
表1.含鈦高爐渣中含鈦礦物相的分布<
為解決“分散”問題，調(diào)整熔渣組成和性質(zhì)十分關(guān)鍵。選擇性富集就是通過向渣罐或渣溝的熔渣中加入含氧化物CaO、SiO2、Al2O3、MgO、FeOx、MnO2等的另外一種或幾種冶金廢棄物(如粉塵、尾礦、廢渣等)，可以調(diào)整熔渣堿度R(R＝CaO/SiO2)在1-2之間，加入量為總渣量的5-15％。為保持氧位，通過向熔渣中噴吹空氣或氧氣使氧分壓維持在10-6-1atm范圍。在選擇性富集過程中始終控制堿度和氧位是促進渣中分散的鈦富集到鈣鈦礦相中，增大鈣鈦礦相析出量的必要條件。選擇性長大未經(jīng)處理的含鈦渣中鈣鈦礦相十分細小(＜10μm)，不能滿足礦物分離的粒度要求。為解決“細小”問題，需優(yōu)化處理條件，促進熔渣中鈣鈦礦相長大和粗化?？刂迫墼?500℃-1200℃溫度范圍冷卻時，冷卻速度在0.5-5℃/min之間，同時添加1-3％的添加劑，調(diào)整熔渣結(jié)構(gòu)，改變鈣鈦礦相析出形貌。添加劑中含有一種或幾種下述化合物Cr2O3、MnO2、CaF2、P2O5、Si3N4、SiC、TiC、FeS、MnS、NiS、TiN等。為保證熔渣達到上述冷卻速度，渣罐需加上蓋，側(cè)壁充填保溫材料。選擇性分離測試鈣鈦礦相的物性參數(shù)比重為4.1g/cm3，比磁化率38.94×10-6CGSM·cm3/g。鈣鈦礦相是渣中較重的礦物相，具有弱磁性，采用重選或重選結(jié)合磁選和浮選或重選-浮選-電選聯(lián)合的方法，將凝渣中的鈣鈦礦相分離出來，可實現(xiàn)富鈦組分(＞35％TiO2)與貧鈦組分(＜10％TiO2)分離的目的。
下面以附圖和實施例進一步敘述本發(fā)明的內(nèi)容

圖1為本發(fā)明從含鈦渣中分離鈦組分的工藝流程方框示意圖；圖2為鈣鈦礦相析出量與堿度的關(guān)系圖；圖3為中國攀枝花鋼鐵公司高爐渣顯微形貌圖；圖4為加入添加劑前、后鈣鈦礦相的顯微形貌變化對照圖；圖5從凝渣中分離鈣鈦礦相選別原則流程圖。
實施例1，原始高爐渣的組成如表2所示。
表2.含鈦高爐渣的原始組成
首先進行選擇性富集為調(diào)整渣的組成和性質(zhì)，加入鋼渣，其組成如表3。
表3.鋼渣的組成
目的是促使熔渣中生成鈣鈦礦相(CaTiO3)的反應(yīng)(1)向右進行(1)為促進鈣鈦礦相(CaTiO3)析出，提高熔渣中a(CaO)和
活度是必要的。但是熔渣中還存在(MgO)，(Al2O3)和(SiO2)等組分，還能發(fā)生其它付反應(yīng)，如生成透輝石(CaO·MgO·2SiO2)(2)和生成鋁硅酸鈣(CaO·Al2O3·SiO2)(3)上述各反應(yīng)在熔渣中均能發(fā)生，相互間存在競爭。為保證反應(yīng)(1)充分進行，一方面需要提高氧化鈣活度a(CaO)，同時還要降低氧化硅活度
以期抑制反應(yīng)(2)和(3)的進行。為此提高熔渣堿度R(R＝CaO/SiO2)是十分必要的，但堿度過高，熔渣的粘度也指數(shù)般增大，不利于熔渣中傳質(zhì)的進行。對接續(xù)的“選擇性長大”起阻礙作用，因此堿度要控制一定范圍，實驗確定R＝1-2最佳。本實施例控制R＝1.2。另一方面，高爐熔渣屬還原性渣，鈦在熔渣中可以幾種價態(tài)存在Ti2+，Ti3+，Ti4+，這也是熔渣中鈦分散存在于幾種含鈦相中的原因之一。為達到使溶渣中鈦盡可能多地富集到CaTiO3相中，必須使熔渣中低價鈦Ti2+和Ti3+，盡可能地氧化成Ti4+進入CaTiO3相，為此控制熔渣氧位則是另外一個必要的條件。
以上則是本實施例選擇性富集的原理依據(jù)，實施的方法是調(diào)整熔渣組成，提高堿度，通過向熔渣中加CaO，增大熔渣中CaO活度來實現(xiàn)。含氧化鈣的材料很多，考慮到煉鋼爐渣是高堿度渣，通常R＞5，CaO含量在50％以上，同時鋼渣又是氧化性渣，有利于使低價鈦氧化。再者鋼渣是冶金廢物，用鋼渣調(diào)整熔渣組成，成本低。鋼渣加入方式既可以將其破碎后在高爐出渣時加入到渣溝中，也可以加入到渣罐中；提高爐渣氧位的方式既可以向熔渣中噴吹氧氣也可噴吹空氣，時間1-10分鐘，還可以將破碎的鋼渣與氣體混在一起噴吹到渣中。整個選擇性富集環(huán)節(jié)在10-30分鐘內(nèi)完成(渣罐容積愈大時間愈長)。完成選擇性富集后則進入選擇性長大。長大的目的是使熔渣中析出的CaTiO3固相盡量地長大和粗化為較大的晶粒，為后續(xù)的選擇性分離環(huán)節(jié)創(chuàng)造條件。因為晶粒太小(＜40μm)時，磨礦的費用大幅增長，所以確定鈣鈦礦相CaTiO3晶粒尺寸的下限是50μm，當(dāng)然晶粒愈大愈有利分離。實現(xiàn)長大的工藝方法是控制冷卻時的溫度范圍在1500-1200℃之間，溫度低于1200℃時，長大速度太低，無實際意義。原則上說冷卻速度愈慢愈有利于長大，但在工業(yè)規(guī)模實現(xiàn)低于0.5℃/min的冷卻速度相當(dāng)困難。為保證0.5-5℃/min范圍的冷卻速度，渣罐需加上蓋，側(cè)壁需填充保溫材料來保溫。冷卻速度大于5℃/min以上時不利于CaTiO3相長大，本實施例選擇冷卻速度為0.5℃/min，保溫時間持續(xù)約10小時左右。為改善CaTiO3析出相的形貌，有利于礦物分離，還需加入添加劑，列出的幾種添加劑均有效果。加入量在1-3％即可。本實施例中加入1％Cr2O3的加入方法是在調(diào)整熔渣組成時加入。選擇性分離環(huán)節(jié)是將凝渣由渣罐倒出，破碎磨細后經(jīng)重選分離，凝渣可選性試驗表明，鈣鈦礦顆粒近于均勻地分布在各個粒級中，用搖床作重選分離設(shè)備，選別原則流程如圖5，選別結(jié)果如表4。
表4.搖床重選分離結(jié)果
因加入鋼渣使原礦品位降低最終得到的產(chǎn)品中；富鈦相精礦其TiO2品位≥42.13％，貧鈦相尾渣其TiO2品位≤9.01％。
實施例2，原始渣的組成如表5。
表5.含鈦高爐渣的原始組成
加入組成如表6的粉塵和石灰。
表6.粉塵和石灰的組成
調(diào)整熔渣組成，達到R＝1.35，氧分壓
，在1500-1200℃溫度范圍內(nèi)，冷卻速度＝2.0℃/min，添加劑CaF2，添加量3％。凝渣的選擇性分離方法同實施例1，選別結(jié)果如表7。
表7.搖床重選分離結(jié)果
凝渣經(jīng)重選分離后獲得分離的富鈦相，TiO2品位≥38.24％，剩余的貧鈦相的TiO2品位約10％。
應(yīng)用本發(fā)明的方法所得富鈦相可做護爐料，鈦白原料等；其余的貧鈦尾渣可做水泥摻合料。本發(fā)明具有投資少，處理量大，能耗低、效益高、易工業(yè)化，可實現(xiàn)資源綜合利用，杜絕環(huán)境污染等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種從含鈦渣中分離鈦組分的方法，其特征在于該方法包括三個環(huán)節(jié)a.選擇性富集向裝有含鈦渣的渣罐或渣溝的熔渣中加入含氧化物CaO、SiO2、Al2O3、MgO、FeOx、MnO2等的另外一種或幾種冶金廢棄物，如粉塵、尾礦、廢渣等，添加量為含鈦渣總量的5-15％，控制熔渣堿度R在1-2之間，向熔渣中噴吹空氣或氧氣使氧分壓維持在10-6-1atm之間；b.選擇性長大控制熔渣在1500℃-1200℃溫度范圍內(nèi)冷卻，冷卻速度在0.5-5℃/min，同時添加1-3％的添加劑，要求添加劑中含有一種或幾種化合物Cr2O3、MnO2、CaF2、P2O5、Si3N4、SiC、TiC、FeS、NiS、MnS、TiN等。c.選擇性分離采用重選，重選結(jié)合磁選和浮選，重選-浮選-電選聯(lián)合的方法將凝渣中的鈣鈦礦相分離出來。
2.如權(quán)利要求1所述的從含鈦渣中分離鈦組分的方法，其特征在于所說的選擇性富集過程向含鈦的熔渣中加入含氧化物的冶金廢棄物，其加入方法可將破碎后的廢棄物在由爐內(nèi)放出渣時加入到渣溝中，或加入到渣罐中，還可以與氣體混合在一起噴吹到渣中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的從含鈦渣中分離鈦組分的方法，其特征在于所說的選擇性富集過程向熔渣中噴吹氧氣或空氣，噴吹的時間為1-10分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的從含鈦渣中分離鈦組分的方法，其特征在于所說的選擇性長大過程，確定鈣鈦礦相CaTiO3晶粒尺寸的下限是50μm，但晶粒愈粗大愈有利于分離。
5.如權(quán)利要求1或4所述的從含鈦渣中分離鈦組分的方法，其特征在于所說的選擇性長大過程，為保證冷卻速度，渣罐需要加上蓋，側(cè)壁需填充保溫材料保溫。
6.如權(quán)利要求1所述的從含鈦渣中分離鈦組分的方法，其特征在于所說的選擇性分離，是將經(jīng)過選擇性富集和選擇性長大的凝渣從渣罐中倒出、破碎磨細后再用礦物加工方法分離。
全文摘要
一種從含鈦渣中分離鈦組分的方法,包含選擇性富集、選擇性長大和選擇性分離三個環(huán)節(jié)。先對渣進行改性,調(diào)整熔渣組成,控制渣的氧位使渣中的鈦選擇性地富集到鈣鈦礦相中;隨后在冷卻過程時控制冷卻速度和溫度范圍,加入少量添加劑,促使析出的鈣鈦礦相長大和粗化;最后將凝渣破碎磨細,采用礦物加工方法選擇性分離出富集鈣鈦礦的富鈦相。本發(fā)明具有投資少,處理量大,能耗低,效率高、易工業(yè)化,實現(xiàn)資源綜合利用,杜絕環(huán)境污染等優(yōu)點。
文檔編號C22B7/04GK1253185SQ9811444
公開日2000年5月17日 申請日期1998年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月10日
發(fā)明者隋智通, 婁太平, 傅念新, 李光強, 陳丙辰 申請人:東北大學(xué)