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钛铁精矿粉低温还原制备高钛渣粉和金属铁粉的方法

2022-05-21  作者: 147小编

 


目前电炉熔炼法处理钛铁矿是一种成熟的方法,电炉熔炼法处理钛铁矿工艺比较简单,副产品金属铁可以直接利用,不产生固体和液体废料,电炉煤气可以回收利用,三废少,工厂占地面积小,是一种高效的冶炼方法。但是由于电炉熔炼法属于高温冶金,能耗高是其固有的特点,生产1吨高钛渣,大约需要2500kWh的电能,而实际上将铁从钛铁矿中还原出来所需的化学能量仅在500kWh左右,即能量的有效利用率仅在17%左右,非常低;其二、电炉熔炼法使用冶金焦或石油焦作还原剂,也存在一定的环境污染。

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钛铁矿中主要物相是FeTiO3,如果钛铁精矿粉的粒度在100微米左右,理论上热力学最低还原温度为810°C左右。实际上反应由于受动力学限制,即使温度在1200°C,反应速度也较慢。这也是目前使用电炉熔炼法生产高钛渣的原因之一。

钛铁精矿粉粒度细于10微米,800°C以下温度即可还原。然而,首先,原料10微米以下的粉体大规模制备存在难点;其次,800°C以下还原,对于铁和钛渣分离也是不利的,因为粉体太细,温度又低,不易促使金属铁长大至0.1mm水平,因此即使铁充分还原,但铁和渣的分离效果较差(磁选分离时,金属铁过细,不利于分离),金属铁和钛渣达不到预期的分离效果。可见,钛铁矿不仅低温还原存在难度,同时还存在金属铁和钛渣充分分离难度大的问题

技术路线

发明人提出适当提高反应温度还原钛铁矿的方法,此时原料的粒度可适度的放宽(例如,原料钛铁精矿粉的平均粒度为325目(0.045mm)以下),便于大规模低成本制造粉体;同时,发明人添加碳酸钠和/或碳酸氢钠,碳酸钠或碳酸氢钠既能提高反应速度,降低出现金属铁的温度,还可以促使铁粉聚集,促进金属铁的晶粒长大,对提高金属铁和钛渣分离效果有利。并且添加碳酸钠、碳酸氢钠不增加产品中的杂质。

(碳酸氢钠熔点270度,沸点851度;碳酸钠熔点851度,沸点1600度。)

碳酸钠或碳酸氢钠的属性相似,是优质催化剂,本发明中,它们都能够加速还原反应和促进金属铁晶粒长大,同时还能与炉渣中的SiO2、Al2O3反应,部分生成可溶性的硅酸盐和铝酸盐,最终提高钛渣品质。

碳酸钠或碳酸氢钠高于850°C开始挥发,温度越高,挥发越严重,对炉内耐材的腐蚀性加剧。本发明中,控制碳酸钠或碳酸氢钠的添加质量百分比10%以下,考虑到反应温度高,反应速率快,所需催化剂的量少,因此,950°C~1000°C还原过程中,如果反应温度低,碳酸钠或碳酸氢钠的添加量可以多一些,温度达到1100°C,则要少配或不配加。

具体工艺:

步骤S1、配料、混匀:将钛铁精矿粉、粉状还原剂、粉状碳酸钠和/或碳酸氢钠配料,混匀;其中,钛铁精矿粉的粒度为325目(0.045mm)以下;

步骤S2、加热还原:将混匀后的物料放在间接加热还原装置内进行加热还原得到金属化混合料,间接加热还原装置内的反应温度为950°C~1100°C,反应时间80min~200min,还原后钛铁精矿粉中铁的还原率大于95%;

步骤S3、破碎、球磨、磁选:将冷却后的金属化混合料破碎、球磨至粒度细于100目,通过js333金沙线路检测分离得到金属铁和钛渣;

步骤S4、铁粉脱水、干燥:将磁选后的铁粉脱水,然后在间接干燥设备中干燥得到全铁质量百分含量超过92%的金属铁粉;

步骤S5、钛渣水洗、脱水、干燥:磁选后的高钛渣经过水洗、脱水、干燥得到高钛渣粉(TiO2大于90%)。

注意:步骤S2中,由于钛铁精矿粉的还原属于碳热还原,属于强吸热反应,物料内部基本上需要热传导供热,如果物料厚度过大,传热速度慢,反应速度慢,金属铁晶粒不易长大;物料厚度过大,单次处理量太小,生产效率低。因此控制物料厚度不超过60mm,示例性的,物料厚度为20~60mm,例如20mm,25mm,30mm,35mm,40mm,45mm,50mm,55mm,60mm。

工艺流程图

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