高钛渣制备人造金红石工艺研究.pdf

2 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m 札c n 2 0 1 2 年3 期 d o i l O ．3 9 6 9 ／j ．缸；s m1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 3 ．∞7 高钛渣制备人造金红石工艺研究 蒋伟，蒋训雄，汪胜东，范艳青，刘巍 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要对高钛渣进行了化学分析和x R D 分析，通过一系列工艺流程的试验探索，得到了以高钛渣为原料 制备人造金红石T i o z l 的工艺。研究表明，加压浸出、强化焙烧一浸出工艺制备出的人造金红石T i 0 。 品位大于9 2 ％，满足Y S ／T 2 9 9 2 0 1 0 规定T i 0 2 一l 的要求，可为氯化钛白工艺提供优质的人造金红石原 料。而直接浸出、还原焙烧一浸出、氧化焙烧一浸出难以满足其要求。 关键词高钛渣；人造金红石；浸出；焙烧；加压浸出 中图分类号T F 8 2 3文献标识码A文章编号；1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 3 一0 0 2 2 一0 3 S t u d yO nP r e p a r i n gA r t i f i c i a lR u t i l ef r o mH i g hT i t a n i u mS l a g J I A N GW e i ，J I A N GX u n - x i o n g ，W A N GS h e n g d o n g ，F A NY a n _ q i n g ，L I UW e i B e 幻i n gG e n e n lR 鹤e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g M e t a l l u r g y ．B e 巧i n g1 0 0 0 4 4 。C h i n a A b s t r a c t H i g ht i t a n i u ms l a gw a sa n a l y z e di nt e r m so fi t sc h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dX R D ．T h ep r o c e s sf o r p r e p a r i n gT i 0 2 一lg r a d ea r t i f i c i a lr u t i l ef r o mh i g ht i t a n i u ms l a gw a so b t a i n e db ym e a n so fas e r i e so fe x p l o r a t i o nt e s t s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tp r e s s u r el e a c h i n ga n de n h a n c e dr o a s t i n 矿l e a c h i n gp r o c e s sc o u l dp r e p a r e a r t i f i c i a lr u t i l ew i t ho V e r9 2 ％T i 0 2c o n t e n tf r o mh i g h t i t a n i u ms l a g ，w h i c hm e e t sT i 0 2 ～1r e q u i r e m e n to f Y S ／T 2 9 9 2 0 l O ，a sar e s u l t ，i tc a nb eu s e da st h es u p e r i o rr a wm a t e r i a l sf o rc h l o r i d et i t a n i u mw h i t ep r o d u c t i o n ．I na d d i t i o n ，s o m eo t h e rm e t h o d sw e r es t u d i e d ，s u c ha sd i r e c tl e a c h i n g ，r e d u c i n gr o a s t i n g l e a c h i n g ， o x i d i z i n gr o a s t i n g _ l e a c h i n ga n ds oo n ，t h r o u g hw h i c ht h eg r a d eo fT i 0 2w a sl e s st h a n9 0 ％． K e yw o r d s h i g ht i t a n i u ms l a g ；a r t i f i c i a lr u t i l e ；l e a c h i n g ；r o a s t i n g ；p r e s s u r e1 e a c h i n g 人造富钛料包括钛渣和人造金红石[ 1 ] ，目前常 规的富钛料生产方法是电炉熔炼生产高钛渣[ 2 ] 。我 国攀枝花一西昌地区有丰富的钛资源，属于钙镁含 量高的岩矿型的钛精矿，经选矿后得到的钛精矿品 位低、钙镁杂质含量高，M g O 和C a O 总含量达5 ％ ～7 ％，甚至更高[ 3 ] 。利用此钛精矿熔炼，难以除去 钙、镁、铝等有害杂质，仅得到低品位的钛渣，不能作 为氯化钛白和海绵钛的生产原料，只能用于硫酸法 钛白生产，产品质量差，缺乏竞争力。此外，目前国 内外在钛渣生产设备大型化上技术尚不过关，只能 采用较小型的半密闭电炉进行生产，能耗高、环境污 基金项目国家高技术研究发展计划项目 2 0 0 6 A A 0 6 2 1 2 8 作者简介蒋伟 1 9 7 9 一 ，男，四川蓬溪人，硕士． 染大[ 4 】。 北京矿冶研究总院研制的多级逆流浸出工艺生 产高品位人造金红石[ 5 ’7 ] ，可实现废酸再生并循环使 用，既提高了T i O 。品位，降低生产成本，又有利于 环境保护。本文目的是通过工艺选择研究，获得适 用于高钛渣直接制备高品位人造金红石的工业应用 工艺。 1 原料 1 ．1 原料化学成分 试验用原料主要采用四川攀西地区钛铁矿产出 万方数据 2 0 1 2 年3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 3 的两种不同成分高钛渣，将来矿进行破碎、均匀混 合、缩分、细磨后送多元素分析 结果见表1 。表1 表明，两种高钛渣的T i O 含量分别为8 4 ．4 2 ％和 7 2 ．5 4 ％，钙、镁以及硅等杂质含量较高。 表1高钛渣化学成分 T a b l e1 C o m p o s i t i o n so fh i g ht i t a n i u ms l a g ／％ 原料T i 2F e 20 3 M g c a Os i 0 2A 1 2 3 G T l8 4 ．4 23 ．4 9 2 ．3 12 ．3 54 ．1 8 2 ．4 9 G T 27 2 ．5 4】2 ．3 23 ．2 32 ．4 35 ．6 22 ．0 2 1 ．2 原料X R D 分析 高钛渣是以钛的各种氧化物形成一系列复杂的 固溶体的形式存在。高钛渣X R D 分析表明 图1 ， 主要矿物为高铁假板钛矿F e 。T i O ；，偏钛酸铁 F e T i 0 。，游离T i o 。 金红石和锐钛矿皆有 和 M g F e T i 3 F e 0 l 。等。 箭 凸 嚣豫 羹瑟藕芰Lkk 喑l ； 督 以l 小b 。4 I 1 4 4 4 A r m a j c 【，J I t e 一 Ⅵ窑卜cJ 『1 1 ．} ‘eJ 。 ． 4J 1 4 ．{ 2 ≥P t c u d 1 b m ‘ n k n e 一卜c ，ll J 1 2 i 2 A n a t 弘c - T l U 、1 I2 9 一J 口0 I l r n e n I t e F e 2 ，I I 【 ． 1 ．．．I ．I．．．J ．．．．2 j l 上i 6 R u t I 】e T i ．J l O∞ F i g ．1 3 04 ‘l5 ‘J6 ‘7 0踟9 0 2 纵。 图l高钛渣x R D 图谱 X R Dp a t t e r no fh i g ht i t a n i u ms I a g 2 试验研究 根据物料X R D 及多元素成分分析结果，提高 人造金红石T i 0 。品位的措施是将铁、钙、镁、硅和 铝尽可能地除去，而目前所采用的电热法、还原锈蚀 法以及硫酸法均难以脱出钙镁杂质，所以本文主要 采用盐酸法对高钛渣进行浸出，使高钛渣中的钙、 镁、铁、铝等金属杂质元素溶解进入溶液而与T i o z 有效分离，同时将复杂的钛化合物转变为简单的金 红石型二氧化钛。 2 ．1 直接酸浸 多数贱金属氯化物盐均为可溶盐，采用除杂能 力强的工业盐酸作浸出剂，可有效地将铁、钙、镁等 杂质溶解进入溶液，达到T i 0 。与杂质元素分离的 目的。采用盐酸直接常压浸出，浸出温度9 0 ～9 5 ℃，初始酸浓度3 0 ％，试验条件及结果见表2 。 表2 酸浸试验条件及结果 T a b l e2C o n d i t i o n sa n dI ．e s u l t so fa c i dl e a c h i n g 对G T l 高钛渣进行了不同液固比和浸出时间 的探索，随着液固比的增加和时间的延长，人造金红 石品位有所提高，当液固比为6 1 、浸出时间为6h 时，所制备的人造金红石T i O 。品位为8 9 ．9 2 ％。而 G T 2 高钛渣在相同条件下制备的T i 0 。品位仅为 7 8 ．3 8 ％。 G T l 和G T 2 高钛渣经盐酸常压浸出后，浸出 渣的品位均比原高钛渣提高了6 个百分点左右， T i 0 2 的品位分别为9 0 ％和8 0 ％左右。从化学成分 考虑，仅G T l 高钛渣制备的人造金红石满足中华 人民共和国有色金属行业标准Y S ／T 2 9 9 2 0 1 0 规 定的T i O 。一2 的要求，而达不到T i o 。一l 的最低要求； G T 2 浸出渣品位仍不能满足人造金红石的最低标 准。所以，高钛渣不适合采用盐酸常压浸出制备高 品位人造金红石。 2 ．2 加压浸出 加压浸出主要是通过提高反应体系的温度和压 力使化学反应向有利的热力学和动力学方向发展， 提高浸出介质与高钛渣的活性，以利于杂质与T i O 。 的分离。试验用料为G T 2 高钛渣，试验条件浸出 介质浓度2 0 0g ／L ，温度1 5 0 ℃，时间4h ，液固比 6 1 ，试验结果见图2 。 q 4 9 3 9 2 堡 翻9 l 遁 苔9 0 8 9 8 8 8 7 图2 加压浸出试验结果 F i g ．2 R 姻Ⅱl t so fp r e s s u 弛l 昀c h i n g 采用加压浸出后，人造金红石T i 0 。的品位大 万方数据 2 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m l l l ．c n 2 0 1 2 年3 期 于9 0 ％，说明加压浸出有利于高钛渣中杂质的去除 和品位的提高，是高钛渣提纯的有效方案之一。由 于制备出的人造金红石品位比高钛渣的品位仅提高 了6 ～7 个百分点，所以该工艺的技术参数有待进一 步优化，经济价值有待进一步核算。 2 ．3 氯化焙烧一酸浸 基于氧化焙烧可能改变化合物结构的特性，本 文将G T 2 高钛渣在氧化气氛中于高温下进行氧化 焙烧，使电炉还原制备高钛渣时被还原的钛氧化为 四价钛，再进行酸浸除杂。试验条件焙烧温度4 0 0 ～9 0 0 ℃，焙烧时间2h ，酸浸液固比6 1 ，浸出温度 9 0 ℃，浸出时间4h ，初始酸度3 0 ％，试验结果见图 3 。 术 、 g 踞 F 每 图3 氧化焙烧一酸浸试验结果 F i g ．3 R e s u l t so fo x i d i z i n gr o a s t i n g a n da c i dI e a c h i n g 图3 表明，以G T 2 高钛渣为原料，进行氧化焙 烧一酸性浸出制备的人造金红石品位随着氧化焙烧 温度的升高，先增加后降低，但品位波动较小。氧化 焙烧一酸浸制备的人造金红石品位在8 5 ％左右，比 采用盐酸常压直接浸出所得到的品位高，但仅满足 有色行业标准规定的T i O z 一3 的要求。说明，通过氧 化焙烧一浸出可有限度地改变高钛渣的浸出性能， 通过此工艺获得高品位人造金红石仍需要做大量研 究。 2 ．4 还原焙烧一酸浸 基于氧势图可知，将高钛渣进一步还原可改变 高钛渣的结构，使铁、钙、镁等杂质裸露于外表，从而 达到铁、钙、镁等杂质能够充分地与酸浸介质接触， 进而被溶解浸出进入溶液。所以考察了高钛渣还原 熔炼一酸浸工艺对高钛渣杂质浸出的影响。选用 G T 2 高钛渣为原料，试验条件焙烧温度9 0 0 ℃，焙 烧时间2h ，炭矿质量比 1 ～2 5 1 0 0 ，酸浸条件同 氧化焙烧一酸浸工艺，试验结果见图4 。 8 6 ．O 8 5 ．5 8 5 ．O 堡8 4 ．5 趔 疃8 4 ．O 昌鹞t 5 ∞．O 8 2 ．5 观．0 炭矿质量比，％ 图4 还原焙烧一酸浸试验结果 F i g ．4 R e s u l t so fr e d u c i n gr o a s t i n g a n da c i dl e a c h i n g 通过不同炭矿比的还原焙烧一酸浸试验研究， 得到的浸出渣品位为8 5 ％左右，与氧化焙烧一浸出 的效果相当，也不能满足T i O 。一1 的品位要求，所以 通过还原焙烧改变高钛渣的结构难以实现理想的浸 出效果。 2 ．5 强化焙烧一浸出 从上述工艺研究可知，加压浸出所制备出的人 造金红石品位可达到9 0 ％以上，其它方案所制备的 人造金红石难以达到T i 0 。一1 要求，但加压浸出对设 备和操作要求苛刻，且成本较高，鉴于此，考虑通过 强化焙烧改变高钛渣矿物结构，以便分离杂质元素。 试验原料为G T 2 ，试验条件强化焙烧温度9 0 0 ℃， 焙烧时间2h ，强化焙烧添加剂3 0 ％，浸出时间4h ， 浸出液固比1 。1 ，当浸出温度分别为2 5 ℃、5 0 ℃、 7 0 ℃和9 0 ℃时，渣含T i o z 品位分别为9 2 ．3 8 ％、 9 2 ．2 8 ％、9 2 ．1 9 ％和9 2 ．1 9 ％。 强化焙烧一浸出试验结果表明，此工艺处理高 钛渣可制备出T i O z 品位达到9 2 ％以上的人造金红 石，满足T i O z 一1 的要求。另外，经强化焙烧后，浸出 温度对人造金红石品位的影响较小，故而可采用常 温浸出制备人造金红石。由于试验条件比较温和， 所以通过条件的优化，仍可将人造金红石的品位进 一步提高。 3结论 以高钛渣为原料 特别是高钙镁高钛渣 ，经加 压浸出或强化焙烧一浸出工艺制备出的人造金红石 均能满足中华人民共和国有色金属行业标准规定 的人造金红石T i 0 。一1 的要求；而直接浸出、氧化焙 万方数据 2 0 1 2 年3 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 5 烧一浸出、还原焙烧一浸出难以达到预期目标。强 化焙烧一浸出工艺流程短、设备简单、成本低廉，容 易实现自动化控制，但工艺参数有待进一步优化，以 便为氯化钛白提供更优质的高品位人造金红石。 参考文献 [ 1 ] 邓国珠，黄北卫，王雪飞．制取人造金红石工艺的新进 展[ J ] ．钢铁钒钛，2 0 0 4 ，2 5 1 4 4 5 0 ． [ 2 ] 范晓慧，邱冠周，姜涛，等．攀钢钛精矿制取富钛料新工 艺的研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 2 6 2 0 2 z ． [ 3 ] 马勇．人造金红石生产路线的探讨[ J ] ．钛工业进展， 上接第2 1 页 5现场测试 本设备分别在贵铝进行了2 次、中孚林州铝业 进行了3 次和南山铝业进行了1 次现场测试。测量 误差在允许范围内，系统稳定性令人满意，在精确度 和实时性上都能够满足工业生产的要求。 6结论 基于A R M 9 E P 9 3 1 5 和F P G A 的嵌入式实时 在线初晶温度检测系统即便在高温和强磁场下，仍 然具有系统稳定、测量实时准确等优点。适合在电 解铝相关单位推广应用。 2 0 0 3 1 2 0 Z 3 ． [ 4 ] 王曾洁，张利华，王海北，等．盐酸常压直接浸出攀西地 区钛铁矿制备人造金红石[ J ] ．有色金属，2 0 0 7 ，5 9 4 1 0 8 1 1 1 ． [ 5 ] 蒋训雄，蒋开喜，蒋伟，等．湿法生产人造金红石的方 法中国，c N l 0 1 6 3 8 7 1 9 [ P ] ．2 0 1 0 0 2 一0 3 ． [ 6 ] 蒋伟，蒋训雄，汪胜东，等．钛铁矿湿法生产人造金红石 新工艺[ J ] ．有色金属，2 0 1 0 ，6 2 4 5 2 5 6 ． [ 7 ] 扈维明，齐斌涛，蒋训雄，等．蒋伟钛铁矿盐酸法生产人 造金红石半工业扩大试验[ j ] ．有色金属 冶炼部分 ， 2 0 1 2 2 2 7 2 9 ． 参考文献 [ 1 ] 王家伟，赵平原，靳学利．铝电解质初晶温度研究方法 及其现状[ J ] ．轻金属，2 0 l o 4 2 4 2 9 ． [ 2 ] 李业．初晶温度检测系统数据交换的研究与实现[ D ] ． 北京北方工业大学。2 0 1 1 ． [ 3 ] 王亮，韩伟，蒋小林，等．工业铝电解质初晶温度测量系 统的研究与应用[ 刀．轻金属，2 0 0 7 7 3 7 3 9 ，5 8 ． [ 4 ] 施建政，林松．如何正确使用热电偶补偿导线[ J ] ．现代 计量通讯，2 0 0 7 1 3 2 3 5 ． [ 5 ] 李晓东，赵恒勤．铝电解质初晶点的测定方法[ J ] ．矿产 保护与利用，2 0 0 3 ，2 3 1 4 6 4 9 ． [ 6 ] 龙凤翔，王云利，王魁汉．铝电解温度间歇式在线测量 [ J ] ．轻金属，2 0 0 2 ，3 9 5 3 9 4 0 ． 万方数据