CN107419090A - 一种钒钛磁铁矿的分离方法及应用 - Google Patents

一种钒钛磁铁矿的分离方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钒钛磁铁矿的分离方法及应用，涉及冶金工程技术领域。一种钒钛磁铁矿的分离方法，包括：将原料混合、焙烧得到金属化物；将金属化物进行磁选分离得到铁和富钒钛料；将富钒钛料进行酸处理，得到钒溶液和含钛渣；原料包括钒钛磁铁矿、还原剂、粘结剂、石灰石、生石灰。该方法原料资源丰富，廉价易得。能有效的将钒钛磁铁矿中的铁钒钛资源提取出来，工艺流程简单，成熟度高，能源消耗低，资源的回收率高。

Description

一种钒钛磁铁矿的分离方法及应用
技术领域
本发明涉及冶金工程技术领域，且特别涉及一种钒钛磁铁矿的分离方法及应用。
背景技术
攀西钒钛磁铁矿资源丰富，如何实现铁钒钛资源的高效分离是最紧迫的研究课题。目前主要采用选矿分离铁和钛、高炉炼铁、转炉提钒炼钢的传统工艺，工艺流程长，中间副产物较多，对环境影响较显著，而且可用资源的回收利用率较低，钛的利用率仅45％左右。针对传统工艺资源利用率较低的特点，攀钢开展了钒钛矿转底炉预还原、电炉熔分分离铁钒钛的工艺，并建成了10万吨规模的中试线，但该工艺能耗较高，而且电炉炉衬侵蚀较快，存在较多不足。
国内钒钛磁铁矿资源综合利用研究工作上世纪六十年代就已经开展，主要攻关钒钛磁铁矿的高炉强化冶炼，目前通过原料优化搭配，钒钛磁铁矿高炉冶炼技术已经成熟，但该工艺钛资源分布在高炉渣中，无法对钛进行回收利用，即使回收利用，技术难度较大，经济性较差。同时也开展过钒钛磁铁矿钠化球团氧化焙烧先提钒，后预还原金属铁、熔分分离铁钛的研究，工艺流程较长，设备技术限制较多，最终没有实现产业化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钒钛磁铁矿的分离方法，该方法原料资源丰富，廉价易得。能有效的将钒钛磁铁矿中的铁钒钛资源提取出来，工艺流程简单，成熟度高，能源消耗低，资源的回收率高。
本发明的另一目的在于提供上述钒钛磁铁矿的分离方法在矿石纯化方面的应用，具有较好的应用前景。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种钒钛磁铁矿的分离方法，包括：将原料混合、焙烧得到金属化物；将金属化物进行磁选分离得到铁和富钒钛料；将富钒钛料进行酸处理，得到钒溶液和含钛渣；原料包括钒钛磁铁矿、还原剂、粘结剂、石灰石、生石灰。
本发明提出上述钒钛磁铁矿的分离方法在矿石纯化方面的应用。
本发明提供的一种钒钛磁铁矿的分离方法及应用的有益效果是：
一种钒钛磁铁矿的分离方法，采用钒钛磁铁矿、还原剂、粘结剂、石灰石、生石灰为原料，均来自攀枝花地区，资源丰富，廉价易得。通过一步还原反应将钒钛磁铁矿中的铁转换为金属铁，同时将钒转化为酸溶性钙盐。再通过磁选分离金属铁与富钒钛料。采用硫酸溶解钒酸钙，得到含钒溶液和含钛渣，进而实现分离铁、钒、钛三种元素。该分离方法工艺流程简单，分离效率高，工艺成熟度高，能源消耗低，铁钒钛资源的回收率高，具有较好的经济效益和应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的分离流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种钒钛磁铁矿的分离方法及应用进行具体说明。
本发明实施例提供的一种钒钛磁铁矿的分离方法，包括：
按比例称取原料，混合均匀；原料包括钒钛磁铁矿、还原剂、粘结剂、石灰石、生石灰。
进一步地，在本发明的较优实施例中，原料包括：钒钛磁铁矿80～100份，石灰石5～30份，生石灰0～10份，还原剂5～15份，粘结剂1～5份。优选的，钒钛磁铁矿为81、82、83、84、96、97、98、99份，石灰石为6、7、8、9、26、27、28、29份，生石灰为1、9份，还原剂为6、7、13、14份，粘结剂为2、4份。
进一步地，在本发明的较优实施例中，原料包括：钒钛磁铁矿85～95份，石灰石10～25份，生石灰2～8份，还原剂8～12份，粘结剂1～5份。优选的，钒钛磁铁矿为86、87、89、92、93份，石灰石为11、13、14、17、19、22、23份，生石灰为3、4、6、7份，还原剂为9、11份。
钒钛磁铁矿中含有较多的铁、钛、钒以及微量的铬、钴、镍，是铁的重要来源，具有很高的综合利用价值。本发明采用的钒钛磁铁矿、还原剂、粘结剂、石灰石、生石灰均来自攀枝花地区，资源丰富，廉价易得。优选的，钒钛磁铁矿包括钒钛磁铁精矿、钛精矿和其他钒钛矿。为了提高分离品质，钒钛磁铁矿的粒度小于0.1mm。
一般在高温条件下，利用还原剂将钒钛磁铁矿中的铁还原出来。在本发明实施例中，还原剂包括焦粉、无烟煤粉或褐煤粉中的至少一种。为了反应迅速，提高还原率，较优的，还原剂的粒径小于0.1mm。焦粉、煤粉的主要组分为碳，无烟煤粉中含碳量为90～98％，褐煤粉的含碳量为60～70％。
我国铁矿石资源有“贫、细、散、杂”的特点，开采出来的矿石品位低，一般铁品位只有在30％左右，杂质含量多，直接进高炉冶炼无法得到较好的产品质量，同时导致焦比升高，故我国钢铁厂均通过烧结法或者球团法进行造块。因此原料中包括粘结剂，使原料紧密连接形成块状。具体的，在原料混合均匀后将其压制成矿煤球团。为了提高炉料的透气性、融化性和品位，矿煤球团为10～30mm的圆形或椭圆形球块。
进一步地，在本发明的较优实施例中，粘结剂包括多糖类粘结剂、聚醇类粘结剂、羟甲基纤维素或碱金属水玻璃中的至少一种。优选地，碱金属水玻璃包括钠水玻璃。
石灰石的主要成分为碳酸钙，在高温下煅烧可分解生成二氧化碳和氧化钙。在还原的过程中，二氧化碳有助于钒的氧化，生成酸溶性钒酸钙，进而通过磁选与铁分离。为了增加钙盐的生成，提高分离效率，优选的，石灰石中生成的氧化钙占石灰石的质量分数至少为45％，石灰石的粒度小于0.1mm。
生石灰的主要成分为氧化钙。为了增加钙盐的生成，提高分离效率，原料中还包括适量生石灰。优选的，生石灰中氧化钙的含量大于80％，生石灰的粒度小于0.1mm。石灰石与生石灰的主要作用是为了生成含有钒的钙盐，通过酸溶解分离钒、钛，不需要高温或熔融，降低耗能。同时生成的二氧化碳有助于钒酸钙的生成，提高分离效率。
原料按配比混合后，压制成球团，放入回转窑中，在910～1390℃的条件下焙烧20～60min，得到金属化球团。在该过程中，还原剂将钒钛磁铁矿中的铁还原出来，石灰石分解生成的二氧化碳与氧化钙及生石灰将钒钛磁铁矿中的钒氧化生成钒酸钙。为了反应的顺利进行，优选的，焙烧气氛为中性气氛或微还原性气氛。炉内中的气相包括二氧化碳、一氧化碳等。优选地，在制成球团后，经过干燥，脱去水分，再进行还原。
为了提高磁选的品质及效率，将得到的金属化球团在破碎机中破碎后，采用球磨机进行球磨制浆。优选的，得到的物料的粒径小于0.045mm。
采用转鼓磁选机对得到的物料进行磁选分离，得到的磁性物料为金属铁块，得到的非磁性料为富钒钛料。在本发明较优实施例中，当磁场强度为0.3～0.5T时，分离得到的富钒钛料纯度高。
在本发明中，采用酸液提取分离的方式分离钒和钛。具体地，采用浓度为5％～40％的硫酸与富钒钛料反应、浸出，过滤得到含钒溶液和含钛渣。
采用该方法通过一步还原反应即可将钒钛磁铁矿中的铁转换为金属铁，将钒转化为酸溶性钙盐，再通过磁选、酸浸等工艺分离铁、钒、钛，实现三种元素的高效分离。
本发明提供的钒钛磁铁矿的分离方法工艺流程简单，分离效率高，工艺成熟度高，能源消耗低，资源的回收率高，可用于矿石纯化方面。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种钒钛磁铁矿的分离方法，包括以下步骤：
按重量份数计，原料包括钒钛矿90份，煤粉10份，石灰石25份，粘结剂5份。
将钒钛矿(TFe54.2％，V2O50.62％，TiO213.7％，粒度<0.1mm)，煤粉(无烟煤粉，挥发分17.6％，灰分7.9％，固定碳74.6％，粒度<0.1mm)，石灰石(氧化钙49％，粒度<0.1mm)，粘结剂(钠水玻璃)按配比混匀压制成球团。
在150℃的条件下干燥后，在910℃的条件下还原20min，得到金属化率为68％左右的金属化球团。
然后破碎球磨制浆，控制粒度在0.045mm以下。通过0.3T的磁场强度磁选分离，得到磁性料(富铁料，TFe91.5％)和非磁性矿物。
通过浓度为40％的硫酸酸浸非磁性矿物，得到含钒为0.5g/L的含钒液和含钛为21.5wt％的含钛渣。
实施例2
如图1所示，本实施例提供了一种钒钛磁铁矿的分离方法，包括以下步骤：
按重量份数计，原料包括钒钛矿100份，煤粉15份，石灰石25份，粘结剂5份。
将钒钛矿(TFe54.2％，V2O50.62％，TiO213.7％，粒度<0.1mm)，煤粉(无烟煤粉，挥发分17.6％，灰分7.9％，固定碳74.6％，粒度<0.1mm)，石灰石(氧化钙49％，粒度<0.1mm)，粘结剂(钠水玻璃)按配比混匀压制成球团。
在150℃的条件下干燥后，在1100℃的条件下还原40min，得到金属化率为81％以上的金属化球团。
然后破碎球磨制浆，控制粒度在0.045mm以下。通过0.4T的磁场强度磁选分离，得到磁性料(富铁料，TFe91.5％)和非磁性矿物。
通过浓度为10％的硫酸酸浸非磁性矿物，得到含钒为0.5g/L的含钒液和含钛为23.5wt％的含钛渣。
实施例3
如图1所示，本实施例提供了一种钒钛磁铁矿的分离方法，包括以下步骤：
按重量份数计，原料包括钒钛矿100份，焦粉10份，石灰石15份，生石灰5份，粘结剂2份。
将钒钛矿(TFe54.2％，V2O50.62％，TiO213.7％，粒度<0.1mm)，焦粉(固定碳85％，粒度<0.1mm)，石灰石(氧化钙49％，粒度<0.1mm)，生石灰(氧化钙75％，粒度<0.1mm)，多糖类粘结剂按配比混匀压制成球团。
在150℃的条件下干燥，在1300℃的条件下还原40min，得到金属化率92％以上的金属化球团。
然后破碎球磨制浆，控制粒度在0.045mm以下，通过0.5T的磁场强度磁选分离，得到磁性料(铁块，TFe93.5％)和非磁性矿物。
通过浓度为25％的硫酸酸浸，得到含钒0.55g/L的含钒液和含钛为24.6wt％的含钛渣。
实施例4
如图1所示，本实施例提供了一种钒钛磁铁矿的分离方法，包括以下步骤：
按重量份数计，原料包括钒钛矿80份，焦粉15份，石灰石15份，生石灰5份，粘结剂2份。
将钒钛矿(TFe54.2％，V2O50.62％，TiO213.7％，粒度<0.1mm)，焦粉(固定碳85％，粒度<0.1mm)，石灰石(氧化钙49％，粒度<0.1mm)，生石灰(氧化钙75％，粒度<0.1mm)，聚醇类粘结剂按配比混匀压制成球团。
在150℃的条件下干燥，在1300℃的条件下还原40min，得到金属化率92％以上的金属化球团。
然后破碎球磨制浆，控制粒度在0.045mm以下，通过0.4T的磁场强度磁选分离，得到磁性料(铁块，TFe93.5％)和非磁性矿物。
通过浓度为25％的硫酸酸浸，得到含钒0.55g/L的含钒液和含钛为24.6wt％的含钛渣。
实施例5
如图1所示，本实施例提供了一种钒钛磁铁矿的分离方法，包括以下步骤：
按重量份数计，原料包括钒钛矿100份，焦粉5份，石灰石30份，生石灰10份，粘结剂2份。
将钒钛矿(TFe54.2％，V2O50.62％，TiO213.7％，粒度<0.1mm)，焦粉(固定碳85％，粒度<0.1mm)，石灰石(氧化钙49％，粒度<0.1mm)，生石灰(氧化钙75％，粒度<0.1mm)，粘结剂(羟甲基纤维素)按配比混匀压制成球团。
在150℃的条件下干燥后，再在1390℃的条件下还原40min，得到金属化率95％以上的金属化球团。
然后破碎球磨制浆，控制粒度0.045mm以下，通过0.4T的磁场强度磁选分离，得到磁性料(铁块，TFe95.5％)和非磁性矿物。
通过浓度5％的硫酸酸浸非磁性矿物，得到含钒0.25g/L的含钒液和含钛为17.8wt％的含钛渣。
实施例6
如图1所示，本实施例提供了一种钒钛磁铁矿的分离方法，包括以下步骤：
按重量份数计，原料包括钒钛矿100份，无烟煤粉10份，石灰石18份，生石灰5份，粘结剂2份。
将钒钛矿(TFe54.2％，V2O50.62％，TiO213.7％，粒度<0.1mm)，焦粉(固定碳85％，粒度<0.1mm)，石灰石(氧化钙49％，粒度<0.1mm)，生石灰(氧化钙75％，粒度<0.1mm)，粘结剂(羟甲基纤维素)按配比混匀压制成球团。
在150℃的条件下干燥后，再在1390℃的条件下还原40min，得到金属化率95％以上的金属化球团。
然后破碎球磨制浆，控制粒度0.045mm以下，通过0.4T的磁场强度磁选分离，得到磁性料(铁块，TFe95.5％)和非磁性矿物。
通过浓度30％的硫酸酸浸非磁性矿物，得到含钒0.5g/L的含钒液和含钛为25.3wt％的含钛渣。
由实施例1～6可知，当原料的配比为：钒钛矿100份，焦粉5份，石灰石30份，生石灰10份，粘结剂2份，焙烧还原温度为1300～1390℃时，金属化率较高，达到95％以上。浸酸时，采用浓度至少为25％的硫酸时，钒、钛的回收率较高。
综上所述，本发明提供的一种钒钛磁铁矿的分离方法，采用钒钛磁铁矿、还原剂、粘结剂、石灰石、生石灰为原料，均来自攀枝花地区，资源丰富，廉价易得。通过一步还原反应将钒钛磁铁矿中的铁转换为金属铁，同时将钒转化为酸溶性钙盐。再通过磁选分离金属铁与富钒钛料。采用硫酸溶解钒酸钙，得到含钒溶液和含钛渣，进而实现分离铁、钒、钛三种元素。该分离方法工艺流程简单，分离效率高，工艺成熟度高，能源消耗低，铁钒钛资源的回收率高，具有较好的经济效益和应用前景。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种钒钛磁铁矿的分离方法，其特征在于，包括：
将原料混合、焙烧得到金属化物；
将所述金属化物进行磁选分离除去铁，得到富钒钛料；
将所述富钒钛料进行酸处理，得到钒溶液和含钛渣；
所述原料包括钒钛磁铁矿、还原剂、粘结剂、石灰石、生石灰。
2.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿的分离方法，其特征在于，按重量份数计，所述原料包括：所述钒钛磁铁矿80～100份，所述石灰石5～30份，所述生石灰0～10份，所述还原剂5～15份，所述粘结剂1～5份。
3.根据权利要求2所述的钒钛磁铁矿的分离方法，其特征在于，按重量份数计，所述原料包括：所述钒钛磁铁矿85～95份，所述石灰石10～25份，所述生石灰2～8份，所述还原剂8～12份，所述粘结剂1～5份。
4.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿的分离方法，其特征在于，焙烧温度为910～1390℃，焙烧时间为20～60min。
5.根据权利要求4所述的钒钛磁铁矿的分离方法，其特征在于，焙烧在中性气氛或微还原性气氛中进行。
6.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿的分离方法，其特征在于，磁选分离在磁场强度为0.3～0.5T的环境下进行。
7.根据权利要求1至6任一项所述的钒钛磁铁矿的分离方法，其特征在于，采用浓度为5～40％的硫酸对所述富钒钛料进行酸处理。
8.根据权利要求2或3所述的钒钛磁铁矿的分离方法，其特征在于，所述还原剂包括焦粉、无烟煤粉或褐煤粉中的至少一种，所述还原剂的粒径小于0.1mm。
9.根据权利要求2或3所述的钒钛磁铁矿的分离方法，其特征在于，所述粘结剂包括多糖类粘结剂、聚醇类粘结剂、羟甲基纤维素或碱金属水玻璃中的至少一种。
10.如权利要求1至9任一项所述的钒钛磁铁矿的分离方法在矿石纯化方面的应用。
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