某含铬钛铁矿强磁粗精矿闪速焙烧试验研究_李家林.pdf

某含铬钛铁矿强磁粗精矿闪速焙烧试验研究 李家林 1 余永富 1， 2 陈雯 1 刘小银 1 陆晓苏 1 张立刚 1 彭泽友 1 （1. 长沙矿冶研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012； 2. 武汉理工大学资源与环境工程学院， 湖北 武汉 430070） 摘要为降低国外某钛铁矿强磁粗精矿中的铬含量， 使其能用于生产氯化钛白， 对其进行了闪速焙烧试验 研究。冷态模拟试验确定了闪速焙烧的最佳操作气速为0.61～0.69 m/s， 热态试验确定了矿样闪速焙烧的最佳焙烧 温度、 焙烧时间分别为800 ℃和100 s ， 气体流速为0.69 m/s， 焙烧产品在干式磁选磁场强度318 kA/m、 滚筒转速25 r/min条件下， 最终可获得精矿TiO2品位47.18、 杂质Cr2O3含量0.25、 TiO2回收率87.23的选别指标， 精矿质量符 合三级钛铁矿精矿质量要求， 研究结果可为含铬钛铁矿资源的合理开发利用提供技术支持。 关键词钛铁矿铬铁矿闪速焙烧干式磁选 中图分类号TD925.7文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -08-083-05 DOI10.19614/ki.jsks.201908015 Flash-Magnetic Roasting Experiments Study on High Intensity Magnetic Concentrate which Contained Chromite Li Jialin1Yu Yongfu1， 2Chen Wen1Liu Xiaoyin1Lu Xiaosu1Zhang Ligang1Peng Zeyou12 （1. Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co.， Ltd， Changsha 410012， China； 2. School of Resources and Environmental Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China） AbstractIn order to reduce the chromium-content of a certain ilmenite high intensity magnetic concentrate，ensure that it can be economically and reasonably used in titanium dioxide chloride process， the flash-magnetic roasting experiments were carried out. The cold-state simulation studies determined the optimal operation gas velocity was 0.61～0.69 m/s， the high- temperature state studies determined the optimal roasting temperature and roasting time was 800 ℃ and 100 s，respectively the gas velocity was 0.69 m/s. Magnetic concentrate index that TiO2grade 47.18，impurity of Cr2O3content is 0.25 and TiO2recovery 87.23 were obtained through the dry high intensity magnetic separation，the concentrate quality meets the grade three of ilmenite concentration quality standard. The research can provide a technical reference for the beneficiation of high chromium ilmenite ore． KeywordsIlmenite， Chromite， Flash-magnetic roasting， Dry magnetic separation 收稿日期2019-05-06 基金项目 “十二五” 国家科技支撑计划项目 （编号 2015BAB03B01） 。 作者简介李家林 （1982） ， 男， 高级工程师， 硕士。 总第 518 期 2019 年第 8 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 518 August 2019 钛是工程技术及高科技领域中的关键及支撑性 材料， 有望成为继铁、 铝之后崛起的 “第三金属” ［1］。 我国钛铁矿资源以原生钛铁矿为主， 约占钛铁矿资 源总量的94.50， 钛砂矿资源约占钛铁矿资源总量 的3.60， 钛铁矿中脉石矿物主要为高岭石、 石英、 辉 石、 绿泥石等 ［2， 3］。据TMZI统计， 全球90的钛精矿 用于生产钛白粉、 4用在生产海绵钛、 6用在钛焊 条等其他领域 ［4］。对于含铬铁矿的钛铁矿资源， 由 于钛铁矿和铬铁矿的物理性质相近， 采用重选、 磁选 以及磁重联合等方法均难以获得理想的钛铬分离效 果 ［5］， 而采用Cr 2O3含量偏高的原料生产富钛渣容易 引起 “黏罐” 现象 ［6-7］， 影响生产运行。因此， 本文采用 闪速焙烧对国外某含铬的钛铁矿进行了提钛降铬试 验研究。 1原料性质、 试验装置及方法 1. 1原料性质 试验原料为国外某海滨砂矿经分级弱磁强 磁工艺处理后获得的强磁粗精矿， 其化学多元素分 析、 钛物相分析及粒度筛析结果分别见表1、 表2和图 1所示。 从表 1 和表 2 可知 试样 TiO2含量仅 38.91， Cr2O3含量高达3.89， 需进行提钛降铬才能达到钛铁 83 ChaoXing 金属矿山2019年第8期总第518期 矿精矿质量标准； TiO2主要分布在钛铁矿中， 钛铁矿 中TiO2分布率为90.59。 从图1可知， 试样在各粒级范围内分布较为均 匀， 细粒级和粗粒级含量较少， 为闪速焙烧工艺较适 合的原料。 1. 2试验装置及试验方法 1. 2. 1冷态模拟试验装置及试验方法 通过在冷态试验装置内观测实际矿样的流化状 态可以确定闪速焙烧的最佳操作气速等参数。冷态 模拟试验装置由透明的有机玻璃管制成， 主要由动 力部分、 炉管、 压力测试部分和卸料部分构成， 结构 示意见图2 ［8］。 试验矿样由加料斗加入至冷态模拟装置后密封 加料斗， 调节流化气速使矿样形成稳定的流化状态， 记录稳定流化时的气体流速和床层压降； 试验结束 后关闭流化气体， 打开卸料气入口阀门， 物料在卸料 气流的带动下进入卸料斗， 卸料过程可以在1～2 s内 完成； 完成卸料过程后， 将收集的物料烘干、 称重， 计 算物料的带出率。 1. 2. 2闪速焙烧热态试验 闪速焙烧热态试验所用装置为自行研制的小型 试验沸腾炉， 炉体结构示意见图3。 计量后的流化气体通过炉体下端分布板进入炉 腔内， 炉腔内的气氛由气体分析仪进行检测。达到 试验要求的操作条件后从加料口中加入试验矿样， 焙烧一定时间后关闭流化气体阀门， 打开储气罐阀 门， 罐中的惰性气体喷出过程中将物料带入冷却水 中冷却， 完成卸料过程。 2试验结果及讨论 2. 1冷态模拟试验 2. 1. 1物料带出率试验 每次往冷态模拟装置中加入100 g矿样， 使矿样 均匀堆积在气体分布板上， 然后启动风机， 调节气体 流速， 进行冷态试验3 min， 然后将物料收集烘干， 计 算物料的带出率， 试验结果见图4。 从图4可知 随着气体流速的增大， 物料带出率 逐渐增加； 在气体流速≤0.69 m/s时， 物料带出率较小 84 ChaoXing 李家林等 某含铬钛铁矿强磁粗精矿闪速焙烧试验研究2019年第8期 （≤5） ； 当气体流速＞0.69 m/s后， 随着气体流速的升 高， 物料的带出率急剧增加。综合考虑， 气体流速以 ≤0.69 m/s为宜。 2. 1. 2床层压降试验 床层压降是反映物料流化状态的一个重要参 数。每次往冷态模拟装置中加入100 g矿样， 使矿样 均匀堆积在气体分布板上， 形成具有一定高度的料 层。随后启动风机进行冷态模拟试验， 待调节至试 验所需的气体流速后稳定流化3 min， 然后读取压降 值， 试验结果见图5。 从图5可知 气体流速较小时， 床层压降随着气 体流速的提高而略有减小； 气体流速在0.55～0.69 m/s 范围内， 随着气体流速的提高， 床层压降逐渐增加； 气体流速超过0.61 m/s后， 床层压降基本不变， 表明 流化状态较好； 进一步提高气速， 大量的物料进入流 体输送状态， 床层压降又逐渐降低。 综合考虑物料带出率与流化状态， 确定较佳的 气体流速范围为0.61～0.69 m/s。 2. 2闪速焙烧热态试验 在适宜温度条件下， 钛铁矿氧化焙烧后比磁化 系数大幅提高 ［9-10］， 而铬铁矿等脉石矿物的比磁化系 数变化不大， 因此可利用氧化焙烧后钛铁矿与铬铁 矿等脉石矿物之间的磁性差异实现钛铁矿与铬铁矿 等脉石矿物的有效分离。 2. 2. 1闪速焙烧工艺试验 闪速焙烧工艺试验的焙烧产品在干式磁选场强 318 kA/m、 滚筒转速25 r/min条件下进行磁选， 以磁 选精矿指标为评价依据选取合适的焙烧条件。 2. 2. 1. 1焙烧温度试验研究 在气体流速0.69 m/s、 焙烧时间150 s条件下， 进 行闪速焙烧温度试验， 结果见图6。 从图6可知 在650～800 ℃较宽的温度范围内， 干式磁选精矿指标随着焙烧温度的升高而提高； 在 焙烧温度≤750 ℃时， 干式磁选精矿中杂质Cr2O3含量 偏高； 进一步提高焙烧温度， 干式磁选的钛铬分离效 果明显改善； 在800 ℃下闪速焙烧获得的焙烧矿经干 式磁选能获得精矿TiO2品位47.30、 TiO2回收率为 88.05、 杂质Cr2O3含量0.23的选别指标。综合考 虑闪速焙烧操作条件与分选指标， 焙烧温度选择 800 ℃。 2. 2. 1. 2焙烧时间试验研究 在气体流速0.69 m/s、 焙烧温度800 ℃条件下， 进 行了闪速焙烧时间试验， 结果见图7。 从闪速焙烧时间试验结果可知 在30～150 s范围 内， 随着焙烧时间的延长， 干式磁选精矿TiO2品位和 回收率逐渐提高、 杂质Cr2O3含量略有降低； 焙烧时间 超过100 s， 随着焙烧时间延长， 磁选精矿指标提高幅 度不大。综合考虑， 选择闪速焙烧时间为100 s， 此时 能获得产率73.29、 TiO2品位46.86、 杂质Cr2O3含 量0.23、 TiO2的回收率87.67的干式磁选精矿， 杂 质Cr2O3去除率为95.56。 85 ChaoXing ［1］ ［2］ 2. 2. 1. 3流化气速验证试验研究 为验证冷态模拟试验结果的准确性， 在焙烧时 间100 s、 焙烧温度800 ℃条件下， 进行了流化气速试 验， 结果见图8。 从图8可知 在试验流化气速范围内， 杂质Cr2O3 含量均能降至0.3以下， 但在流化气速较低和较高 时， 干式磁选精矿TiO2回收率均较低， 磁选指标相对 较差； 流化气速为0.69 m/s时， 干式磁选精矿TiO2品 位为46.86、 杂质Cr2O3含量为0.23、 TiO2回收率为 87.67， 焙烧效果较好。 2. 2. 2干式磁选磁场强度试验 将焙烧温度 800 ℃、 焙烧时间 100 s、 流化气速 0.69 m/s条件下获得的焙烧矿在滚筒转速25 r/min条 件下进行了干式磁选磁场强度试验， 结果见图9。 从图9可知 干式磁选精矿TiO2品位随着磁场强 度的增加小幅下降； 随着磁场强度的升高， 干式磁选 精矿TiO2回收率逐渐提高， 提高幅度逐渐变小， 但杂 质Cr2O3品位也逐渐升高。磁场强度过高， 使得钛铁 矿和铬铁矿分离效果变差， 钛铁矿精矿Cr2O3含量增 加。综合考虑， 选择干式磁选磁场强度为318 kA/m， 在此条件下能获得精矿TiO2品位47.18、 杂质Cr2O3 含量0.25、 TiO2回收率87.23、 杂质Cr2O3的去除率 95.80的选别指标。 2. 2. 3产品质量检测 对闪速焙烧干式磁选工艺获得的钛精矿产品 进行了化学多元素分析和钛物相分析， 结果见表3和 表4。 从表3、 表4分析结果可知 对某TiO2和Cr2O3含 量分别为38.91、 3.89的钛铁矿粗精矿， 采用闪速 焙烧干式磁选工艺能大幅度提高钛铁矿精矿的产 品质量， 达到用于氯化钛白生产的钛精矿质量要求。 3结论 （1） 国外某海滨砂矿经分级弱磁强磁工艺 处理后获得的强磁粗精矿TiO2和Cr2O3含量分别为 38.91、 3.89， 存在于钛铁矿中的 TiO2分布率为 90.59； 需进一步提高TiO2含量、 降低Cr2O3含量才能 用于氯化钛白工业。 （2） 冷态模拟试验结果表明， 矿样流化时较佳的 操作气速范围为0.61～0.69 m/s， 此时物料带出率约为 5、 床层压降为800 Pa左右。 （3） 在焙烧温度800 ℃、 流化气速0.69 m/s、 焙烧 时间100 s条件下闪速焙烧后的焙烧产品， 干式磁选 后能获得精矿 TiO2品位 47.18、 杂质 Cr2O3含量 0.25、 TiO2回收率87.23、 杂质Cr2O3去除率95.80 的选别指标， 精矿质量符合三级钛铁矿精矿质量要 求。 参 考 文 献 刘海燕. 金属钛的腐蚀及缓蚀电化学研究 ［D］ . 曲阜 曲阜师范 大学， 2010. Liu Haiyan. Study on Corrosion and Inhibition of Titanium Metal by Electrochemical ［D］ .QufuQufu Normal University， 2010. 刘邦煜， 王宁， 陈娟， 等.钛铁矿深加工及高钛渣生产中资源 综合利用研究 ［J］ . 矿物学报， 2007 （4） 388-389. Liu Bangyu，Wang Ning，Cheng Juan，et al. Study on deep pro- 金属矿山2019年第8期总第518期 86 ChaoXing cessing of ilmenite and comprehensive utilization of high titanium slag ［J］ . Acta Mineralogica Sinica， 2007 （4） 388-389. 吴贤， 张健. 中国的钛资源分布及特点 ［J］ .钛工业进展， 2006， 23 （6） 8-12. Wu Xian，Zhang Jian. Geographical distribution and characteris- tics of titanium resources in China ［J］ .Titanium Industry Progress， 2006， 23 （6） 8-12. 朱吟龙.四氯化钛的工业生产方法 ［J］ .化学世界， 1963 （7） 16- 17. Zhu Yinlong. Industrial production of titanium tetrachloride ［J］ . Chemical World， 1963 （7） 16-17. 王墨. 国外某钛铁矿精选试验研究 ［D］ . 昆明 昆明理工大学， 2015. Wang Mo. Experimental Study on the Concentration of a Certain Il- menite Abroad ［D］ . Kunming Kunming University of Science and Technology， 2015. 张友平，张振伟，毛晓明， 等. 高炉含铬铁水粘罐现象的探讨 ［J］ . 宝钢技术， 2015 （1） 50-54. Zhang Youping， Zhang Zhenwei， Mao Xiaoming， et al. Discussion on sticking of Cr-containing hot metal in torpedo ladle ［J］ . Baosteel Technology， 2015 （1） 50-54. 张立刚. 某重砂矿氧化焙烧-磁选提钛降铬试验研究 ［J］ . 矿冶工 程， 2016， 36 （2） 44-45. Zhang Ligang. Oxidizing roasting-magnetic separation technique ad- opted for upgrading titanium and degrading chrome in heavy miner- al sands ［J］ . Mining and Metallurgical Engineering，2016，36 （2） 44-45. 李家林， 余永富， 陈雯， 等.重钢接龙菱铁矿流态化磁化焙烧研 究 ［J］ . 矿冶工程， 2010， 30 （8） 171-173. Li Jialin，Yu Yongfu，Chen Wen，et al. Fluidized magnetic roast- ing study of Jielong siderite at Chongqing Iron and Steel Co.Ltd. ［J］ . Mining and Metallurgical Engineering， 2010， 30 （8） 171-173. 陈超， 孙体昌， 寇珏， 等．镁化合物对钒钛磁铁矿精矿碳热 还原的影响研究 ［J］ . 稀有金属， 2018， 42 （7） 765-771． Chen Chao, Sun Tichang, Kou Jue, et al.Carbothermic reduction of vanadium titanomagnetite concentrate with magnesium compounds ［J］ . Chinese Journal of Rare Metals， 2018， 42 （7） 765-771． 唐德身， 邹贻薪. 原生钛铁矿氧化焙烧的磁性变化与磁选分离 ［J］ . 矿产综合利用， 1985 （2） 7-13. Tang Deshen，Zou Yixin. Magnetic transation and magnetic separation of primary ilmenite by oxidation roasting［J］ . Multipur- pose Utilization of Mineral Resources， 1985 （2） 7-13. （责任编辑王亚琴） ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ 2019年第8期李家林等 某含铬钛铁矿强磁粗精矿闪速焙烧试验研究 87 ChaoXing