从钛磁铁矿尾矿中回收钛、铁的工艺

1.一种从钛磁铁矿尾矿中回收钛、铁的工艺，其特征在于：包括原料配料、造球、干燥、热处理、还原及磁选分离，具体工艺步骤如下：
（1）原料配料及造球：
选取TFe含量为 42%~44%，TiO2 17.4~ 18.5 %，二氧化硅含量6.5~7.0%的钛磁铁矿磁
2
选的尾矿，将所述钛磁铁矿磁选的尾矿细磨至-200目83.5%，比表面积≥1700cm/g后与粘结剂和添加剂配料混合，再进行造球，所述的粘结剂为膨润土，添加剂为镁粉，其MgO含量为≥87.0%的，造球混合料原料配比（重量百分比）：钛磁铁矿磁选尾矿96%~ 97%，膨润土量
0.9%~ 1.8%，镁粉量1.8~ 2.2%，球团直径9~16mm；
（2）干燥、热处理：将步骤（1）中所制得的球团布入链篦机上，在150℃～400℃温度、风速2m/s条件下，干燥5 ~6min，至水分≤1%，干燥后球团再进行热处理，热处理温度为
950℃±50℃，时间10min；
（3）还原：将步骤（2）热处理后的球团放入还原设备中进行还原，其还原温度为
1390℃~1440℃，还原气体为N2与CO的混合气体，其中CO气体浓度≥70%，还原气体流速
0.12~0.15 m/s，高温还原时间≥15min，还原结束后，产品在惰性气体保护下冷却至室温，得到金属化球团；
（4）磁选分离：将步骤（3）还原后的金属化球团进行破碎、细磨至-0.051mm≥90%后，进行磁选分离，磁场强度为119.37KA/m，得到还原铁粉和富TiO2的非磁性产品。
2.根据权利要求1所述的从钛磁铁矿尾矿中回收钛、铁的工艺，其特征是：所述的步骤（3）中球团还原设备为还原竖炉或转底炉。
3.根据权利要求1所述的从钛磁铁矿尾矿中回收钛、铁的工艺，其特征是：具体工艺步骤如下：将钛磁铁矿磁选尾矿的化学成分为：TFe 42.2%，TiO2 18.5%，SiO2 6.6%。造球混合料原料配比：钛磁铁矿磁选尾矿97.0%，钛磁铁矿磁选尾矿经磨矿处理后，-200目为
2
83.5%，比表面积为1756cm/g，配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上干燥，并在950℃的温度下热处理10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原温度为
1390℃，CO浓度为70%，还原时间15 min，还原结束将金属化球团在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿、磁选分离，磁选分离后的最终产品指标：磁选精矿中还原铁含铁90.05%，金属化率 95.1%，铁的回收率93.1%；富TiO2非磁性产品中TiO2 30.15%，回收率88.56%。

从钛磁铁矿尾矿中回收钛、铁的工艺\n技术领域\n[0001] 本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种从钛磁铁矿尾矿中回收钛、铁的工艺。\n背景技术\n[0002] 钛磁铁矿是钛矿的主要组成矿物之一，是磁铁矿的亚种，性质与磁铁矿相似。\n[0003] 中国钛磁铁矿资源非常丰富，分布广泛，遍布20多个省。攀西地区是我国钒钛磁铁矿的主要成矿带，也是世界上同类矿床的重要产区之一。攀西钒钛磁铁矿是多种矿物组成的，以钛磁铁矿为主的复合铁矿，在目前技术水平下，选矿回收的主要矿物钛磁铁矿，是由磁铁矿、钛铁尖晶石、钛铁矿及镁铝尖晶石等组成的类质同象系列矿物。其中钛铁尖晶石、钛铁矿片晶石有强磁性，与磁铁矿致密共生不能用机械方法分离。\n[0004] 目前处理钛磁铁矿与钛铁矿的混合矿石主要是传统的选矿流程，由于钛磁铁矿中的钛铁尖晶石、钛铁片晶石不能单独回收而进入铁精矿，至使磁选出来的铁精矿TiO2含量高。钛铁矿成粒状具有弱磁性，可以用强磁选单独回收得到钛精矿。\n[0005] 中国最大的钛白粉企业在山东省，原料为钛铁矿，所需钛铁矿原料基本靠进口。而山东省日照市是中国华东地区钛铁矿山集中地，刘家沟、天宝矿等十多座选矿厂日处理钛磁铁矿和钛铁矿混合原矿石3万多吨，获得钛铁精粉不到3千吨。由于选矿流程中首先以弱磁选选出的钛磁铁矿含铁品位较低只有42%~44%不能作为炼铁原料，TiO2含量只有18%也不能作为钛精矿利用，只能当做尾矿丢弃，不仅占用土地，而且造成了环境污染及资源浪费。所以对这部分钛磁铁矿尾矿进行综合利用意义重大。\n[0006] 钛、铁的有效分离是钛磁铁矿综合利用最关键的技术，综合回收钛磁铁矿中铁、钛的关键是还原—分离钛铁工序。如果这一工序过程能获得较高的铁的回收率和含二氧化钛的非磁性物，就能达到理想的钛铁分离。\n[0007] 经过长期的研究和技术攻关，对钛磁铁矿中铁、钛的分离工艺已有了新的进展。\n直接还原法在综合利用钛磁铁矿方面得到了广泛应用，目前对钛磁铁矿采用直接还原法，分离回收铁、钛的工艺主要有三种：1.钠化球团氧化焙烧—回转窑直接还原—电炉熔分；\n2.回转窑直接还原—电炉熔分—水法提钛；3.中南大学的冷固结球团直接还原—还原球团磁选—非磁性矿物酸性浸出—浸渣钠化焙烧。各方法特点不同。而且在处理钛磁铁矿的工艺中存在诸多限制，很多新工艺都是针对的钛磁铁矿精矿，要求钛磁铁矿的品位较高，同时对要处理的钛磁铁矿中二氧化硅含量也有要求，如申请号：200510020117.7公开了一种钒钛磁铁矿的直接还原—磁选分离方法，该专利中所处理的钛磁铁矿要求TFe 58%以上，二氧化硅3.2%。又如申请号为：200510020117.7公开了从钒钛磁铁矿中分离提取金属元素的方法，该方法所处理的钛磁铁矿要求TFe 56%以上，二氧化硅1.17%。为了获得较高的金属化率、金属回收率以及生产率，希望钛磁铁矿的还原过程在较高的温度下进行，但是当钛磁铁矿中二氧化硅含量较高时，二氧化硅在还原气氛下和铁的氧化物易生成低熔点的化合物，粘结严重，使还原过程难以进行。所以，目前用低品位的钛磁铁矿尾矿直接用来生产直接还原铁并回收钛的工艺还鲜有报道。虽然申请号：200910104203.4公开了一种利用钒钛磁铁矿选铁尾矿制备钛铁合金的方法，但此工艺过程十分复杂，生产时间长，电极烧结成型在5h以上，点解20h。\n[0008] 上述三种直接还原法仅适用于高铁品位低硅含量的原料，而本发明也将适用于低铁品位高硅的钛磁铁矿尾矿原料。 \n发明内容\n[0009] 本发明的目的是提供一种可以将磁选厂的钛磁铁矿尾矿有效利用，减少环境污染，从钛磁铁矿尾矿中回收钛、铁的工艺。\n[0010] 本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的，\n[0011] 按照本发明的从钛磁铁矿尾矿中回收钛、铁的工艺，其特征在于：包括原料配料、造球、干燥、热处理、还原及磁选分离，具体工艺步骤如下：\n[0012] （1）原料配料及造球：\n[0013] 选取TFe含量为 42%~44%，TiO2 17.4~ 18.5 %，二氧化硅含量6.5~7.0%的钛磁铁\n2\n矿尾矿，细磨至-200目83.5%，比表面积≥1700cm/g后与粘结剂和添加剂配料混合，再进行造球，所述的粘结剂为膨润土，添加剂为镁粉，其MgO含量为≥87.0%，造球混合料原料配比（重量百分比）：钛磁铁矿磁选尾矿96%~ 97%，膨润土量0.9%~ 1.8%，镁粉量1.8~ 2.2%，球团直径9~16mm；\n[0014] （2）热处理：将步骤（1）中所制得的球团布入链篦机上，在150℃～400℃温度、风速2m/s条件下，干燥5~6min，至水分≤1%，干燥后球团再进行热处理，热处理温度为\n950℃±50℃，时间10min；\n[0015] （3）还原：将步骤（2）热处理后的球团放入还原设备中进行还原，其高温还原温度为1390℃~1440℃，还原气体为N2与CO的混合气体，其中CO气体浓度≥70%，还原气体流速0.12~0.15 m/s，高温还原时间≥15min，还原结束后，产品在惰性气体保护下冷却至室温，得到金属化球团；\n[0016] （4）磁选分离：将步骤（3）还原后的金属化球团进行破碎、细磨至-0.051mm≥90%后，进行磁选分离，磁场强度为119.37KA/m，得到还原铁粉和富TiO2的非磁性产品。\n[0017] 所述的步骤（3）中球团还原设备为还原竖炉或转底炉。\n[0018] 本发明在造球过程中添加了膨润土，其目的是为了保证生球在链篦机干燥、预热时的强度要求。而添加镁粉是为了解决高硅尾矿还原时低熔点化合物带来的还原难的问题，可提高球团还原时软化变形温度，改善反应的动力学条件，从而得到高金属化率产品，其球团的金属化率可以达到95%以上。\n[0019] 本发明与以往的直接还原法相比具有以下优点：\n[0020] 1. 由于本发明所处理的钛磁铁矿磁选的尾矿铁品位为42%~44%，TiO2 17.4~ \n18.5 %，二\n[0021] 氧化硅含量为6.5~7.0%，其铁品位低，而硅含量高，因此在混合料里添加镁粉，这样有效地提高了球团还原时软化变形温度，从而达到在高温下还原得到高金属化率产品的效果，为磁选分离提供了高质量原料，铁的回收率高，达到93%以上，可以将钛磁铁矿磁选厂的尾矿有效利用，减少了环境污染；\n[0022] 2. 经过本发明工艺热处理后的球团抗压强度在800N以上，可以满足还原时对球团强度的要求；\n[0023] 3. 本发明在用磁选厂丢弃的尾矿来生产直接还原铁粉的同时也将尾矿中的钛资源有效富集，经还原、磁选分离后的还原铁粉TFe品位可达90%以上。富TiO2的非磁性产品中TiO2品位可以达到30%以上，回收率可达88%。可以用来生产钛白粉。这样就既可以解决尾矿处理问题，又可以为钛白粉生产提供原料。\n附图说明\n[0024] 图1为本发明的工艺流程图。\n具体实施方式\n[0025] 下面参照附图和实施例对本发明作进一步的说明。\n[0026] 实施例1.\n[0027] 本发明所处理的钛磁铁矿磁选尾矿的主要化学成分为：TFe 42.2%，TiO2 18.45%，SiO2 6.5%，造球混合料原料配比：钛磁铁矿磁选尾矿97.0%，钛磁铁矿磁选尾矿经磨矿处理\n2\n后，-200目为83.5%，比表面积为1756cm/g，配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上以温度300℃、风速2m/s条件下进行干燥5 min；至水分0.8%，并在950℃的温度下热处理10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原温度为1430℃，CO浓度为\n70%，还原时间15 min，还原结束后将金属化球团在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿、磁选分离。磁选分离后的最终产品指标：磁选精矿中还原铁含铁90.05%，金属化率 95.1%，铁的回收率93.0%；富TiO2非磁性产品中TiO2 30.16%，回收率88.50%，其中的造球混合料原料配比按重量百分比。\n[0028] 实施例2.\n[0029] 本发明所处理的钛磁铁矿磁选尾矿的化学成分为：TFe 43.0%，TiO2 18.5%，SiO2 \n6.6%。造球混合料原料配比：钛磁铁矿磁选尾矿97.0%，钛磁铁矿磁选尾矿经磨矿处理\n2\n后，-200目为83.5%，比表面积为1756cm/g，配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上干燥，并在950℃的温度下热处理10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原温度为1430℃，CO浓度为70%，还原时间15 min，还原结束将金属化球团在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿、磁选分离，磁选分离后的最终产品指标：磁选精矿中还原铁含铁91%，金属化率 95.2%，铁的回收率93.2%；富TiO2非磁性产品中TiO2 30.20%，回收率 \n88.87%。\n[0030] 实施例3.\n[0031] 本发明所处理的钛磁铁矿磁选尾矿的化学成分为：TFe 44.0%，TiO2 18.5%，SiO2 \n6.6%。造球混合料原料配比：钛磁铁矿磁选尾矿97.0%，钛磁铁矿磁选尾矿经磨矿处理\n2\n后，-200目为83.5%，比表面积为1756cm/g，配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上干燥，并在950℃的温度下热处理10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原温度为1430℃，CO浓度为70%，还原时间15 min，还原结束将金属化球团在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿、磁选分离，磁选分离后的最终产品指标：磁选精矿中还原铁含铁91%，金属化率 95.5%，铁的回收率93.3%；富TiO2非磁性产品中TiO2 30.23%，回收率\n88.96%。\n[0032] 实施例4.\n[0033] 本发明所处理的钛磁铁矿磁选尾矿的化学成分为：TFe 42.2%，TiO2 18.5%，SiO2 \n6.6%。造球混合料原料配比：钛磁铁矿磁选尾矿97.0%，钛磁铁矿磁选尾矿经磨矿处理\n2\n后，-200目为83.5%，比表面积为1756cm/g。配入1.8%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上干燥，并在950℃的温度下热处理10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原温度为1430℃，CO浓度为70%，还原时间15 min，还原结束将金属化球团在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿、磁选分离，磁选分离后的最终产品指标：磁选精矿中还原铁含铁90%，金属化率 95%，铁的回收率93.3%；富TiO2非磁性产品中TiO2 30.15%，回收率88. \n55%。\n[0034] 实施例5.\n[0035] 本发明所处理的钛磁铁矿磁选尾矿的化学成分为：TFe 42.2%，TiO2 18.5%，SiO2 \n6.6%。造球混合料原料配比：钛磁铁矿磁选尾矿97.0%，钛磁铁矿磁选尾矿经磨矿处理\n2\n后，-200目为83.5%，比表面积为1756cm/g，配入2.2%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上干燥，并在950℃的温度下热处理10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原温度为1430℃，CO浓度为70%，还原时间15 min，还原结束将金属化球团在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿、磁选分离，磁选分离后的最终产品指标：磁选精矿中还原铁含铁91%，金属化率 95.5%，铁的回收率93.5%；富TiO2非磁性产品中TiO2 30.17%，回收率88. \n58%。\n[0036] 实施例6.\n[0037] 本发明所处理的钛磁铁矿磁选尾矿的化学成分为：TFe 42.2%，TiO2 18.5%，SiO2 \n6.6%。造球混合料原料配比：钛磁铁矿磁选尾矿97.0%，钛磁铁矿磁选尾矿经磨矿处理\n2\n后，-200目为83.5%，比表面积为1756cm/g，配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上干燥，并在950℃的温度下热处理10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原温度为1390℃，CO浓度为70%，还原时间15 min，还原结束将金属化球团在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿、磁选分离，磁选分离后的最终产品指标：磁选精矿中还原铁含铁90.05%，金属化率 95.1%，铁的回收率93.1%；富TiO2非磁性产品中TiO2 30.15%，回收率\n88.56%。\n[0038] 实施例7.\n[0039] 本发明所处理的钛磁铁矿磁选尾矿的化学成分为：TFe 42.2%，TiO2 18.5%，SiO2 \n6.6%。造球混合料原料配比：钛磁铁矿磁选尾矿97.0%，钛磁铁矿磁选尾矿经磨矿处理\n2\n后，-200目为83.5%，比表面积为1756cm/g，配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上干燥，并在950℃的温度下热处理10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原温度为1410℃，CO浓度为70%，还原时间15 min，还原结束将金属化球团在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿、磁选分离，磁选分离后的最终产品指标：磁选精矿中还原铁含铁90.06%，金属化率 95.3%，铁的回收率93.3%；富TiO2非磁性产品中TiO2 30.20%，回收率\n88.90%。\n[0040] 实施例8.\n[0041] 本发明所处理的钛磁铁矿磁选尾矿的化学成分为：TFe 42.2%，TiO2 18.5%，SiO2 \n6.6%。造球混合料原料配比：钛磁铁矿磁选尾矿97.0%，钛磁铁矿磁选尾矿经磨矿处理\n2\n后，-200目为83.5%，比表面积为1756cm/g，配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上干燥，并在950℃的温度下热处理10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原温度为1440℃，CO浓度为70%，还原时间15 min，还原结束将还原产品在中性气氛下冷却，再进行破碎、磨矿、磁选分离，磁选分离后的最终产品指标：磁选精矿中还原铁含铁91%，金属化率 95.5%，铁的回收率93.5%；富TiO2非磁性产品中TiO230.25%，回收率\n88.95%。\n[0042] 以上造球混合料原料配比均为重量百分比。\n[0043] 以上8个实施例数据的对比见实施例综合表。\n[0044] 实施例综合表\n[0045] \n[0046] 从实施例综合表参数可看出：当钛磁铁矿尾矿铁品位在42.2%~44.0%之间、造球原料配矿中镁粉加入量在1.8%~2.2%之间、高温还原温度在1390℃~1440℃之间时，还原后金属化球团的金属化率均在95.0%~95.5%之间，磁选分离后的还原铁粉品位均在90%~91%之间，铁的回收率均在93.0%~93.5%之间；富TiO2非磁性产品中TiO2均在30.15%~30.25%之间，回收率均在88.50%~88.95%之间。