专利名称：一种自钒钛磁铁矿中提取铁、钒、钛的方法
技术领域：
本申请涉及一种钒钛磁铁矿综合利用的技术方法，具体涉及的是一种利用氯化物 自钒钛磁铁矿中提取铁、钒、钛的方法。
背景技术：
当前，我国钒钛磁铁矿的综合利用主要是依靠的传统的冶炼工艺，S卩，以高炉为主 体设备，通过焦炭和含铁矿物在高温下发生氧化还原反应，冶炼出含钒铁水，再经转炉吹炼 获得钒渣和半钢，然后由钒渣提钒、半钢进一步炼钢，这已经是多年的成熟工艺，并在攀枝 花钢铁公司得到了充分的实施。但是原矿中的钛资源仅仅是通过选矿流程少量回收，大 部分的钛元素随钒钛铁精矿进入高炉，经冶炼后又几乎全部进入高炉渣中，且高炉渣中的 TiO2含量偏低(约22%)，回收利用比较困难。以攀钢为例，目前其高炉流程中的铁、钒、钛 元素回收率分别为60%、39%和10%，钛回收率明显偏低，钒的回收率也不十分高。另外，现行钛生产工艺主要利用“克劳尔法”工艺技术，该种工艺需要对钛矿石进 行氯化处理，而在实际处理过程中必将产生大量的氯化废弃物，如要对这些氯化废弃物进 行无害化处理，需要花费大量的资金；如不处理，则对环境造成很大的污染，危害人的健康 和生命。
发明内容
本申请提出了利用包括工业氯化废弃物的氯化物氯化处理钒钛磁铁矿的工艺流 程，目的在于通过该工艺不仅可以实现铁、钒、钛的综合回收，而且可使氯化废弃物得到无 害化处理，从而实现资源的有效节约和环境的充分友好。众所周知，在1100K温度条件下的Ti-V-Fe-Cl-O五元体系优势区域图(见图1) 中，存在着一个Ti-V-Fe-Cl-O五元体系的VOCl3 (g)与TiO2(S)、Fe2O3(S)化合物共同稳定 存在的区域，这一区域即为图1中的阴影区域A。由此可见，氯化提钒时在1100K温度条件 下控制气氛使之处于A区之内，S卩，VOCl3 (g)与Ti02(S)、Fe203(S)化合物共同稳定存在的区 域，可使钒元素以州(13气体形式从固相Ti02、Fe203化合物中分离出来，S卩，实现钒元素V与 铁元素Fe、钛元素Ti的有效分离。本项发明采用的是氯化提钒的工艺流程，具体包括1.经选矿获得钒钛磁铁精矿和尾矿，并从尾矿中按照常规方法提取钛精矿进而制 备钛白；2.将钒钛磁铁精矿、氯化剂和少许石墨粉混合压块，这里所说的氯化剂是指所有 的氯化物或工业氯化废弃物，其中，以FeCl3和含有FeCl3成分较高的工业氯化废弃物为宜； 依靠一定比例的石墨粉还原剂以其控制氧势，改变氯化物的添加量以其控制氯势；另外，为 了使原料能很好的成型，还需要配加一定比例的熔剂，其中以CaCl2为宜；一般而言，为了达到比较理想的氯化效果，造块时物料中的氯化剂、熔剂同钒钛 磁铁精矿中所含有的V2O5按摩尔比为3 3 1，同时为了控制氧势还需加入与V2O5含量为等摩尔当量的还原剂石墨粉，即氯化剂熔剂V2O5 石墨粉之间的摩尔比应为 3:3:1: 1较为合理；3.氯化提钒焙烧。在氩气保护下，1100K 1300K的温度区间对钒钛磁铁精矿进 行2 3小时的氯化提钒焙烧，使钒钛磁铁精矿中的钒元素被氯化成VOCl3气体并收集起 来，而铁、钛元素以Fe2O3和TiO2两种固体氧化物状态存在，即，通过氯化过程使钒元素与铁 元素、钛元素实现有效分离；4.将经氯化提钒处理后的含钛铁矿在1373K 1400K温度下通入氢气H2等还原 性气体进行中温固态还原，制得海绵铁；5.把铁与含有TiO2彡50wt%的高钛渣在1800K 1850K下进行高温熔化分离。
图1为1100K温度条件下Ti-V-Fe-Cl-O五元体系优势区域图，其中，图中右上角 存在的A区域(即，阴影部分)是Ti-V-Fe-Cl-O五元体系的VOCl3 (g)与TiO2 (s)、Fe203 (s) 化合物共同稳定存在的区域。
具体实施例方式图1示出了在1100K温度条件下的Ti-V-Fe-Cl-O五元体系优势区域图，其中，存 在着一个Ti-V-Fe-Cl-O五元体系的VOCl3 (g)与TiO2(S)、Fe2O3(S)化合物共同稳定存在的 区域，这一区域即为图1中的阴影区域A。由此可见，氯化提钒时在1100K温度条件下控制气氛使之处于A区之内，艮口， VOCl3(g)与Ti02(S)、Fe203 (S)化合物共同稳定存在的区域，可使钒元素以VOCl3气体形式从 固相Ti02、Fe2O3化合物中分离出来，即，实现钒元素V与铁元素Fe、钛元素Ti的有效分离。根据本发明的实施例，氯化提钒的具体工艺流程包括1.经选矿获得钒钛磁铁精矿和尾矿，并从尾矿中按照常规方法提取钛精矿进而制 备钛白；2.将钒钛磁铁精矿、氯化剂和少许石墨粉混合压块，这里所说的氯化剂是指所有 的氯化物或工业氯化废弃物，其中，以FeCl3和含有FeCl3成分较高的工业氯化废弃物为宜； 依靠一定比例的石墨粉还原剂以其控制氧势，改变氯化物的添加量以其控制氯势；另外，为 了使原料能很好的成型，还需要配加一定比例的熔剂，其中以CaCl2为宜；一般而言，为了达到比较理想的氯化效果，造块时物料中的氯化剂、熔剂同钒钛 磁铁精矿中所含有的V2O5按摩尔比为3 3 1，同时为了控制氧势还需加入与V2O5含 量为等摩尔当量的还原剂石墨粉，即氯化剂熔剂V2O5 石墨粉之间的摩尔比应为 3:3:1: 1较为合理；3.氯化提钒焙烧。在氩气保护下，1100K 1300K的温度区间对钒钛磁铁精矿进 行2 3小时的氯化提钒焙烧，使钒钛磁铁精矿中的钒元素被氯化成VOCl3气体并收集起 来，而铁、钛元素以Fe2O3和TiO2两种固体氧化物状态存在，即，通过氯化过程使钒元素与铁 元素、钛元素实现有效分离；4.将经氯化提钒处理后的含钛铁矿在1373K 1400K温度下通入氢气H2等还原 性气体进行中温固态还原，制得海绵铁；
5.把铁与含有TiO2彡50wt%的高钛渣在1800K 1850K下进行高温熔化分离。下面，将描述根据本发明的具体实施例。实施例1将氯化剂FeCl3、熔剂CaCl2与钒钛磁铁精矿中所含有的V2O5按摩尔比 配制为3 3 1，同时为了控制氧势加入与V2O5等摩尔当量的还原剂石墨粉，即 FeCl3 CaCl2 V2O5 C 之间的摩尔比为 3 3 1 1。将FeCl3、CaCl2、石墨粉及钒钛磁铁精矿充分机械混合压块，其中，压块时的压制力 为40MPa，压制时间为2min，试样几何尺寸为20mmX8mm。在1100K、氩气氛围条件下进行氯 化焙烧，氯化时间为2小时，将氯化后的固态物质在1373K、氢还原气氛条件下固态还原0. 5 小时，然后再升温至1800K将渣铁分离。本项工艺铁的回收率为87. 68%，提钒率为95%， 高炉渣中含TiO2为51wt%0实施例2使用工业氯化废弃物(海绵钛生产工艺中流化床氯化法制备TiCl4后的尘泥，主 要组成为63% FeClx, 16% AlCl3,10% MgCl2 (摩尔含量))作为氯化提钒的氯化剂，按工业 氯化废弃物中FeCl3 CaCl2 V2O5 C的摩尔比为3 3 1 1配制，其他氯化提钒工 艺参数同实例1，最终氯化提钒率为91%。同时实现回收铁、钛资源并使工业氯化废弃物达 到无害化处理。本项发明实了铁、钒、钛的全面综合回收利用，同时在使用工业氯化废弃物为氯化 剂时，氯化废弃物转为有用物质，减少了环境污染的同时，实现了变废为宝。(1)本项发明提出利用氯化物对钒钛磁铁矿进行氯化提钒的工艺，新颖独特；(2)进一步提高钒钛磁铁矿综合回收利用率，实现铁、钒、钛等有价元素的同时 回收；其中铁的回收率为87% 92%，提钒率为95% 98%，高炉渣中的含TiO2含量为 51% 53wt%，最终钛的回收率也将达到70% 75% ；(3)采用工业氯化废弃物作为氯化剂，为氯化废弃物无害化处理提供了新的途径。
权利要求
一种自钒钛磁铁矿中提取铁、钒、钛的方法，该方法以钒钛磁铁矿精矿粉为主要原料，其特征在于原料中还要加入氯化剂、熔剂和石墨粉并一同造块，其加入量按氯化剂∶CaCl2∶原料中的V2O5∶石墨粉之间的摩尔比应为3∶3∶1∶1，然后在1100K～1300K的温度范围内，氩气氛围条件下对经造块后的物料进行2～3小时的氯化提钒焙烧，收得含钒气体后对余下的固体物料实行中温固态还原。
2.根据权利要求1所述的自钒钛磁铁矿中提取铁、钒、钛的方法，其特征在于，所述的 氯化剂指所有的氯化物和含有氯化物的废气物。
3.根据权利要求1所述的自钒钛磁铁矿中提取铁、钒、钛的方法，其特征在于，所述氯 化剂为FeCl3。
全文摘要
本发明提供了一种自钒钛磁铁矿中提取铁、钒、钛的方法，该方法依据Ti-V-Fe-Cl-O五元体系优势图中存有VOCl3(g)、TiO2(s)、Fe2O3(s)三种化合物共同稳定存在的A区域这一理论基础，以普通的钒钛磁铁矿精矿粉为主要原料，其特征在于原料中还要依据钒钛磁铁矿精中五氧化二钒V2O5的含量按比例加入氯化剂如FeCl3、熔剂CaCl2和石墨碳并一同造块，然后在1100K～1300K的温度范围内氩气保护气氛中对经造块后的物料进行2～3小时的氯化提钒焙烧，收取含钒气体后对余下的固体物料实行中温固态还原。实施本项发明可大幅度提高铁、钒、钛的收得率，节约资源，友好环境。
文档编号C22B34/12GK101906531SQ20101023265
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者卢金文, 孙瑜, 沈峰满, 郑海燕, 魏国 申请人:东北大学