一种钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法

暂无

一种钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及钒钛矿的利用方法，更具体地讲，涉及一种钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法。\n背景技术\n[0002] 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。\n[0003] 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。\n[0004] 2006年，攀钢开展了钒钛磁铁矿矿煤球团转底炉还原、电炉熔分、铁水脱硫提钒的工艺研究，打通了工艺流程，可以实现铁钒钛的有效分离，并建成了年处理10万吨铁精矿规模的中试线，成功开展了多轮试验，效果理想。但该工艺仍然存在能耗较高，设备不成熟的特点。\n[0005] 在国外，新西兰和南非都采用回转窑还原铁精矿、电炉熔分的工艺，只回收了铁和钒，钛留在渣中用于其它建筑用途或堆放处理。\n[0006] 在国内的现有技术中，例如，中国专利申请CN1814813A公开了一种从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法以及中国专利申请CN101619371A公开了一种从钒钛磁铁矿中回收钒钛铁的方法，二者均公开了将钒钛磁铁矿通过制矿煤球团→转底炉还原→熔分炉深还原熔分工艺来分离铁钒钛的工艺，该工艺已经在攀钢和龙蟒集团建成中试线，但存在能耗高，熔分炉炉衬侵蚀严重等特点，需要改进。而中国专利CN102061397B则公开了一种从钒钛磁铁矿中回收利用钒、铬、钛、铁的方法，包括将矿石或精矿破碎后配入钠盐、氧化焙烧，将钒和铬转化为可溶于水的钒酸钠和铬酸钠，水浸到溶液中，从溶液中分离钒铬得到五氧化二钒和三氧化二铬产品。浸出后残渣可配入煤粉造球，在转底炉内还原，磁选分离铁和钛，得到磁性铁粉可作为粉末冶金或炼钢的原料，和含TiO2大于50％的非磁性产品作为提钛的原料。该工艺为传统北方流程，多次的焙烧使得流程长，能耗高。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的在于提供一种钒钛矿中铁、钒和钛同时分离提取的方法，以简化工艺流程并降低能耗和成本。\n[0008] 为了实现上述目的，本发明提供了一种钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法，所述分离方法包括以下步骤：将80～100份钒钛矿、5～30份硫酸钠、15～30份还原剂和1～8份粘结剂混合并压制成矿煤球团，将所述矿煤球团干燥后装入转底炉内并在1000～1300℃下焙烧20～60分钟得到金属化球团，其中，所述转底炉中为中性或微氧化性气氛；将所得的金属化球团破碎后进行浸出，浸出温度为70～90℃，pH值控制为3～5，然后将浸出液过滤澄清得到钒液；将浸出剩余物通过球磨制浆并控制粒度在0.045mm以下，然后在磁场强度为0.3～0.5T的条件下进行一次磁选分离，得到的非磁性物料为第一富钛料；再将所得的磁性物料在磁场强度为0.02～0.04T的条件下进行二次磁选分离，得到的磁性物料为第一富铁料；最后将二次磁选分离所得的非磁性物料通过球磨制浆和重选分离得到第二富铁料和第二富钛料。\n[0009] 根据本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法的一个实施例，所述钒钛矿为钒钛磁铁精矿或钛精矿，所述钒钛矿的粒度<0.1mm。\n[0010] 根据本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法的一个实施例，所述还原剂为焦粉、无烟煤粉或褐煤粉，所述还原剂的粒度<0.1mm。\n[0011] 根据本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法的一个实施例，所述硫酸钠为纯度为90～99％的工业硫酸钠，所述工业硫酸钠的粒度<0.1mm。\n[0012] 根据本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法的一个实施例，所述粘结剂为多糖类粘结剂、聚醇类粘结剂、羟甲基纤维素或碱金属水玻璃。\n[0013] 根据本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法的一个实施例，所述矿煤球团是粒径为10～30mm的圆形或椭圆形球团。\n[0014] 根据本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法的一个实施例，所述一次磁选分离和二次磁选分离采用转鼓磁选机进行，所述重选分离采用摇床或螺旋溜槽进行。\n[0015] 根据本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法的一个实施例，将所述钒液浓缩后采用铵盐进行沉钒，将转底炉产生的烟气制备硫酸。\n[0016] 本发明与目前现有的冷固球团直接还原工艺、钠化球团氧化焙烧工艺等现有工艺相比，具有以下优点：\n[0017] ①只通过一步还原即可将矿物中的铁转化为金属铁，钒转化为可溶性钠盐，再通过浸出提钒和磁选重选结合方式分离铁与钛，实现三种元素的高效分离，避免了熔分炉高温还原和熔分，降低能耗。同时含钛料不经过高温处理，酸溶性较好，可以采用传统硫酸法工艺提钛。\n[0018] ②富铁料可以返回作为炼铁炼钢用铁质原料，也可以进一步深加工铁粉产品。\n[0019] ③工业硫酸钠为配套提钒工艺的副产物，产生量巨大，为该工艺提供了价廉易得的原料。\n附图说明\n[0020] 图1是本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法的流程工艺图。\n具体实施方式\n[0021] 以下，参照附图来详细说明本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法。\n[0022] 图1是本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法的流程工艺图。如图1所示，根据本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法包括以下步骤：\n[0023] 首先进行配料，将80～100份钒钛矿、5～30份硫酸钠、15～30份还原剂和\n1～8份粘结剂混合并压制成矿煤球团。其中，钒钛矿可以为钒钛磁铁精矿、钛精矿或其它钒钛矿，钒钛矿的粒度<0.1mm。还原剂可以为焦粉、无烟煤粉或褐煤粉等，还原剂的粒度<0.1mm，还原剂的作用是将钒钛矿中的铁还原成为金属铁。硫酸钠可以为纯度为90～99％的工业硫酸钠，工业硫酸钠的粒度<0.1mm，采用工业硫酸钠是因为其是配套提钒工艺的副产物，产生量大且廉价易得。粘结剂可以为多糖类粘结剂、聚醇类粘结剂、羟甲基纤维素或碱金属水玻璃等，采用有机粘结剂与无机粘结剂均可，只要能够使矿煤球团成型即可。由于粒度较小的原料有利于物料的混合、焙烧等后续处理步骤，故各原料的粒度以小于0.1mm为宜。优选地，矿煤球团是粒径为10～30mm的圆形或椭圆形球团，便于加工。\n[0024] 其中，硫酸钠的作用是在高温下通过铁矿中钒等的催化发生分解并产生硫氧化物，使反应气氛变为微氧化气氛，便于钒的还原和转化，形成钒酸钠可溶物，即使钒钛矿中的钒转化为可溶性钒。一般来说，钠盐的含量越高，越有利于钒的转化，按照攀精矿钒含量，配入5份的硫酸钠时，通过氧化气氛的控制，钒的转化率较高，如果在微还原性气氛下，钠盐的配入量需要更高，配入30份足以保证钒的转化，同时可以形成钛的钠盐等。\n[0025] 然后，将矿煤球团干燥后装入转底炉内并在1000～1300℃下焙烧20～60分钟得到金属化球团，其中，转底炉中为中性或微氧化性气氛。由此，可以在转底炉中同时实现将钒钛矿中的铁还原为金属铁、钒转化为可溶性钒。干燥矿煤球团时可以直接利用转底炉烟气的余热进行，其温度可到100～300℃，既足以进行物料的干燥，也有利于节约能源降低能耗。使转底炉中为中性或微氧化性气氛有利于钒的转化，同时也能保证金属化球团中的金属铁不被氧化，有利于提高铁、钒和钛的回收率。转底炉底部的整体气氛为中性或微氧化性气氛，例如炉内气氛中包括CO27～15%、O24～5%、CO1～3%等，但本发明不限于此。\n[0026] 之后，将所得的金属化球团破碎后进行浸出，浸出温度为70～90℃，pH值控制为\n3～5，然后将浸出液过滤澄清得到钒液。优选地，将钒液浓缩后采用铵盐进行沉钒即可实现对钒的回收。此外，还可以将转底炉产生的烟气制备硫酸，例如采用有机胺循环吸收法脱硫制硫酸，以降低污染并回收硫。金属化球团可以直接在热态下进行浸出，也可以冷却后破碎粉磨然后再采用70～90℃的热水浸出。总之，必须保证较高的浸出温度以保证浸出率。\n[0027] 再将浸出剩余物通过球磨制浆并控制粒度在0.045mm以下，然后在磁场强度为\n0.3～0.5T的条件下进行一次磁选分离，得到的非磁性物料为第一富钛料；再将所得的磁性物料在磁场强度为0.02～0.04T的条件下进行二次磁选分离，得到的磁性物料为第一富铁料；最后将二次磁选分离所得的非磁性物料通过球磨制浆和重选分离得到第二富铁料和第二富钛料，由此则实现了对钒钛矿中钒、铁和钛的分离。其中，一次磁选分离和二次磁选分离可以采用转鼓磁选机进行，重选分离可以采用摇床或螺旋溜槽进行。为了保证铁与钛的分离，磁选的物料需要保证较细的粒度，根据本发明，将浸出剩余物的粒度控制为\n0.045mm以下。\n[0028] 本发明是直接将钒钛矿先进行钠化还原焙烧并控制炉内气氛为中性或微氧化性气氛，由此可同时使铁转化为金属铁、钒转化为可溶钒，然后通过浸出分离钒，再通过强磁选、弱磁选、重选结合的方式分离铁和钛，具有一定的创新性。\n[0029] 下面结合具体示例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的示例范围之中。并且，若无特别说明，本说明书中涉及的百分比均为重量百分比。\n[0030] 示例1：\n[0031] 将钒钛矿（含TFe54.2%、V2O50.62%、TiO213.7%，粒度<0.1mm），还原剂（无烟煤粉，含挥发分17.6%、灰分7.9%、固定碳74.6%，粒度<0.1mm），工业硫酸钠（纯度92%，粒度<0.1mm），粘结剂（钠水玻璃）按钒钛矿100份、还原剂25份、硫酸钠25份、粘结剂8份的配比混匀并压制成矿煤球团，在150℃下干燥后装入转底炉并在1100℃下焙烧40min，得到金属化率为81%以上的金属化球团。然后将所得的金属化球团破碎成2mm以下的颗粒后采用热水浸出，浸出温度为90℃，pH值为5，过滤得到钒液。将浸出剩余物通过球磨制浆并控制粒度0.045mm以下，通过转鼓磁选机以0.4T的磁场强度进行一次磁选分离，得到非磁性物料（即第一富钛料，其中含TiO248.6%），将所得的磁性物料再通过转鼓磁选机以0.03T的磁场强度进行二次磁选分离，得到磁性物料（即第一富铁料，其中含TFe91.5%），将所得的非磁性物料再通过球磨制浆后采用摇床重选，分离得到第二富钛料（其中含TiO242.1%）和第二富铁料（其中含TFe55.7%）。\n[0032] 示例２：\n[0033] 将钒钛矿（含TFe30.5%、TiO247.2%，粒度<0.1mm），还原剂（无烟煤粉，含挥发分\n16.2%。灰分7.6%、固定碳77.6%，粒度<0.1mm），工业硫酸钠（纯度95%，粒度<0.1mm），粘结剂（羟甲基纤维素钠）按钒钛矿100份、还原剂15份、硫酸钠8份、粘结剂2份的配比混匀并压制成矿煤球团，在200℃下干燥后装入转底炉并在1200℃下焙烧50min，得到金属化率为65%以上的金属化球团。然后将所得的金属化球团破碎成3mm以下的颗粒后采用热水浸出，浸出温度为90℃，pH值为4，过滤得到钒液。将浸出剩余物通过球磨制浆并控制粒度\n0.045mm以下，通过转鼓磁选机以0.5T的磁场强度进行一次磁选分离，得到非磁性物料（即第一富钛料，其中含TiO275.2%），将所得的磁性物料再通过转鼓磁选机以0.02T的磁场强度进行二次磁选分离，得到磁性物料（即第一富铁料，其中含TFe87.5%），将所得的非磁性物料再通过球磨制浆后采用摇床重选，分离得到第二富钛料（其中含TiO257.5%）和第二富铁料（其中含TFe51.8%）。\n[0034] 实施例3\n[0035] 将钒钛矿（含TFe53.1%、V2O50.57%、TiO212.8%，粒度<0.1mm），还原剂（褐煤，含挥发分5.6%、灰分28.2%、固定碳64.6%，粒度<0.1mm），工业硫酸钠（纯度98%，粒度<0.1mm），粘结剂（多糖类粘结剂，因组分复杂，不具体例举）按钒钛矿100份、还原剂30份、硫酸钠30份、粘结剂3份的配比混匀并压制成矿煤球团，在100℃下干燥后装入转底炉并在1250℃下焙烧60min，得到金属化率为84%以上的金属化球团。然后将所得的金属化球团破碎成\n2mm以下的颗粒后采用热水浸出，浸出温度为85℃，pH值为3，过滤得到钒液。将浸出剩余物通过球磨制浆并控制粒度0.045mm以下，通过转鼓磁选机以0.6T的磁场强度进行一次磁选分离，得到非磁性物料（即第一富钛料，其中含TiO252.0%），将所得的磁性物料再通过转鼓磁选机以0.025T的磁场强度进行二次磁选分离，得到磁性物料（即第一富铁料，其中含TFe90.2%），将所得的非磁性物料再通过球磨制浆后采用摇床重选，分离得到第二富钛料（其中含TiO243.7%）和第二富铁料（其中含TFe57.2%）。\n[0036] 综上所述，本发明的钒钛矿中铁、钒和钛的分离方法采用的钒钛磁铁矿、工业硫酸钠、煤粉等原料均价廉易得，并且通过该方法能有效将钒钛矿中的铁、钒和钛资源提取出来，工艺流程简单，工艺成熟度高，能源消耗低，铁钒钛资源的综合回收率高，金属化率可以达到80％以上，铁的回收率达到85％以上，钒的回收率达到75％以上，钛的回收率达到\n90％以上。