本发明属于化工冶金领域，具体涉及低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法，所得产品适用于生产沸腾氯化钛白/海绵钛的氯化原料。
背景技术：
我国钛资源储量丰富，但主要以低品位钛铁矿为主。以低品位钛铁矿为原料来制备要求苛刻的沸腾氯化钛白用富钛料原料已经成为我国钛白产业发展的焦点和难点。
现在已经提出了20多种以钛铁矿为原料制备高品位富钛料的方法，目前在工业上得到广泛应用的方法主要有电炉熔炼法、酸浸法和还原锈蚀法。其中电炉还原熔炼法只能分离除铁锰，对于非铁杂质的分离去除能力很差。因此以ca、mg杂质含量高的钛精矿作为原料的话，电炉法生产得到的钛渣将不满足沸腾氯化的原料要求。比如以攀枝花钛精矿为原料，得到的钛渣(cao+mgo)含量在6～10％，一般用在硫酸法钛白原料。还原锈蚀法跟电炉熔炼法一样，主要是去除fe，对ca、mg、al等杂质的去除能力较差，也不能由低品位钛精矿得到低钙镁的富钛料。盐酸浸出法由于其高效的除杂效率和酸可回收利用等优势，在处理此类钛铁矿方面具有较好的发展前景。多年来，多家科研单位及生产单位对利用盐酸法处理攀枝花钛精矿制备沸腾氯化用富钛料进行了大量研究。
专利us3967954是美国benilite公司在20世纪70年代初提出(bca法)的。它采用预弱还原-盐酸加压浸出工艺将风化的高品位钛铁矿(tio2品位为54％～65％)制备为高品位的人造金红石。该工艺得到了广泛和成功的应用，但是它所用原料必须为高品位的钛铁矿砂矿。70年代后，研究者们在bca上，做出了改进，提出了强氧化-弱还原-盐酸浸出法工艺，类似的专利有us4097574、us5885324、cn201310534032.5、cn201410128606.3、cn201010276812.0等。这些方法可以将低品位的钛精矿中大部分杂质去除，但是对于非硅酸盐杂质(ca、si、al)的去除效率非常低，所得的大部分人造金红石产品tio2含量只能达到85％左右，大部分不满足沸腾氯化的要求。即便对人造金红石产品进行磁选处理能够进一步去除一些杂质，将tio2提高至90％，但是其剩余的杂质仍将在沸腾氯化中转变为氯化尾渣，导致氯化尾渣处理压力大。
技术实现要素：
针对现有制备沸腾氯化钛白用原料的方法存在的缺陷，本发明人在充分研究钛精矿原料特性及沸腾氯化钛白用原料要求，提出了“电选-氧化-还原-酸浸-碱浸-煅烧”制备人造金红石的生产工艺。该工艺制备得到的人造金红石杂质含量低，满足作为氯化钛白用原料的要求。
本发明所要解决的技术问题是提供一种低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法。该方法包括以下步骤：
a、将低品位钛矿进行电选，得到电选精矿；
b、电选精矿在800～1000℃氧化焙烧，得氧化矿；
c、氧化矿在700～850℃还原焙烧，得到改性矿；
d、改性矿分别酸浸、碱浸，洗涤后得人造金红石初品；
e、将人造金红石初品进行煅烧，得到人造金红石成品。
具体的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤a中，所述低品位钛矿为钒钛磁铁矿选铁尾矿经浮选、重选后所得。
优选的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤a中，所述低品位钛矿中tio242～47％，sio22～10％。
优选的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤a中，所述电选的电压为15～40kv。
具体的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤b中，所述氧化焙烧至氧化率在80％以上。所述氧化率是指三价铁与全铁之比。
优选的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤b中，所述氧化焙烧时间为0.5～2h。
具体的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤c中，所述还原焙烧至还原率在80％以上。所述还原率是指被还原的三价铁与全铁之比。即当还原率在80％以上，则三价铁与全铁之比小于20％。
优选的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤c中，所述还原焙烧的时间为0.5～2h。
具体的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤d中，所述酸为盐酸，质量浓度为15～25％。
具体的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤d中，所述碱为氢氧化钠溶液，质量浓度为5～15％。
优选的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤d中，所述酸浸的液固比为3～4﹕1l/kg。
优选的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤d中，所述酸浸温度为80～110℃，时间为4～6h。
优选的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤d中，所述碱浸的液固比为1～3﹕1l/kg。
优选的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤d中，所述碱浸温度为30～80℃，时间为0.5～1h。
优选的，上述低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法步骤e中，所述煅烧温度为300～500℃，时间为0.5～10h。
本发明方法将电选、氧化焙烧、还原焙烧、酸浸、碱浸很好地结合起来，通过电选实现钛精矿与脉石(硅酸盐杂质)的分离，除去大部分脉石；再通过氧化焙烧、还原焙烧得到活性较高的改性矿，再用盐酸可以选择性地将大部分铁钙镁杂质去除，再采用碱浸进一步去除硅钙杂质，再焙烧，从而得到了杂质含量很低的人造金红石。本发明方法中各步骤是相辅相成，不能随意地改变，只有按照上述步骤顺序才能够取得很好的效果。本发明方法中所得废液酸浸废液和碱浸废液可以相互中和，处理成本低。本发明工艺简单、效率高、成本低，可实现大规模生产，具有较好的推广前景。
具体实施方式
一种低品位钛矿制备高品位人造金红石的方法，包括以下步骤：
a、将低品位钛矿进行电选除去已经解离出来的硅酸盐脉石，得到电选精矿；
b、电选精矿在800～1000℃氧化焙烧至氧化率在80％以上，得氧化矿；
c、氧化矿在700～850℃还原焙烧至还原率在80％以上，得到改性矿；
d、改性矿分别酸浸、碱浸除去钙、镁等杂质，洗涤后得人造金红石初品；
e、将人造金红石初品进行煅烧，得到人造金红石成品。
本发明方法步骤a中，所述的低品位钛矿是钒钛磁铁矿选铁尾矿经浮选、重选后所得。一般tio2含量在42～47％，一般还要求sio2含量在2～10％，对其它杂质成分含量无特别限制。电选目的是为了除去矿中未被浮选、重选除去而又已经解离出来的硅酸盐脉石，为后续除杂降低难度和能耗等，提高产品质量。电选可根据钛矿原料特性以及之前的选矿结果，调整电选电压。优选电选电压为15～40kv。
本发明方法步骤b中，氧化焙烧的目的主要是为了使钛铁矿内部生成网络结构的金红石，温度过低，反应速率过慢；温度过高，则金红石网络结构会被破坏，生成其他物相。所以，控制氧化焙烧的温度为800～1000℃。所述氧化焙烧可在流化床或回转窑反应器内进行，保持设备中氧气含量在15％以上。氧化至氧化率在80％以上。所述氧化率是指三价铁与全铁之比。
本发明方法步骤c中，还原焙烧的目的主要是为了使钛铁矿内部产品孔隙、裂纹，有利于提高后续酸浸反应活性；如果温度过低，则反应速率慢，温度过高，则金红石网络结构会被破坏，生成其他物相。所以控制还原焙烧温度为700～850℃。所述还原焙烧也可在流化床或回转窑反应器内进行，保持在co或h2等还原气氛下。还原至还原率在80％以上。所述还原率是指被还原的三价铁与全铁之比。即三价铁与全铁含量之比小于20％。
本发明方法中，步骤b的氧化反应和步骤c的还原反应不能改变顺序，否则不能在钛铁矿内部生成网络结构的金红石，从而不能得到产品。
本发明方法步骤d中，对改性矿酸浸是为了除去铁、镁等非硅酸盐脉石杂质；为了进一步除去硅酸盐相脉石杂质，酸浸后还需要碱浸。两种浸泡方式配合能够很好地除去杂质，但是酸浸、碱浸不能随意交换顺序，否则会影响除杂效率。
本发明方法步骤e中，为了满足后续作为沸腾氯化原料性能，还需对酸浸、碱浸后的初品进行煅烧，提高其结晶度、降低结晶水含量。
实施例1
本实施例选择钛矿1#，其主要成分：tio246.76％、feo35.59％、fe2o35.12％、mgo6.62％、cao1.03％、sio24.56％。
步骤1、将钛矿用25kv电压电选预处理，得到电选精矿主要成分为：tio248.50％、feo36.91％、fe2o35.31％、mgo6.87％、cao0.60％、sio21.48％；
步骤2、电选精矿在流化床内空气气氛下1000℃氧化焙烧1小时；
步骤3、氧化矿在流化床内煤气气氛下750℃还原焙烧1小时；
步骤4、改性矿用质量分数20％盐酸在液固比在4:1l/kg，温度为105℃下浸出6h，固液分离；
步骤5、浸出固相用质量分数8％naoh在液固比在2:1l/kg，温度为50℃下浸出0.5h，固液分离后用步骤4的浸出废液洗涤1遍后再用水洗涤2遍；
步骤6、将人造金红石初品用在回转窑内500℃煅烧1h，得到人造金红石产品。
本实施例获得的人造金红石主要成分为：tio296.23％、feo2.37％、mgo0.34％、cao0.08％、sio20.60％，是一种高质量的沸腾氯化钛白原料。
实施例2
本实施例选择钛矿2#，其主要成分：tio245.23％、feo36.12％、fe2o34.48％、mgo6.89％、cao1.42％、sio25.74％。
步骤1、将钛矿用30kv电压电选预处理，得到电选精矿主要成分为：tio247.80％、feo38.17％、fe2o33.68％、mgo7.28％、cao0.83％、sio21.67％；
步骤2、电选精矿在流化床内空气气氛下1050℃氧化焙烧1小时；
步骤3、氧化矿在流化床内煤气气氛下800℃还原焙烧1小时；
步骤4、改性矿用质量分数20％盐酸在液固比在3.5:1l/kg，温度为105℃下浸出6h，固液分离；
步骤5、浸出固相用质量分数10％naoh在液固比在2:1l/kg，温度为60℃下浸出0.5h，固液分离后用步骤4的浸出废液洗涤1遍后再用水洗涤2遍；
步骤6、将人造金红石初品用在回转窑内500℃煅烧1h，得到人造金红石产品。
本实施例获得的人造金红石主要成分为：tio295.42％、feo2.12％、mgo0.51％、cao0.11％、sio21.47％，是一种高质量的沸腾氯化钛白原料。