专利名称：一种含铁物料中铁化合物的还原方法
技术领域：
本发明涉及一种含铁物料中铁化合物的还原方法，属于冶金技术领域。
背景技术：
在含铁多金属矿或冶金废渣综合利用过程中，需要将其中的赤铁矿、针铁矿等非磁性铁矿物还原为磁铁矿或金属铁，以便于 其中铁的分离富集。因此，铁矿物的还原在含铁物料的综合利用方面具有重要的作用。在冶金技术领域铁矿物还原主要采用火法过程，而火法过程对含铁物料中铁的综合利用而言，存在过程比较复杂、能耗高等问题。虽然湿法还原过程易与冶金过程相结合，流程简单、能耗低，但是未见该方面的研究报道。而可供借鉴的是，在材料制备领域中，有水热体系中还原铁化合物的相关报道。中国专利CN 101885512A提出了一种在120 180°C的水热体系中，采用还原铁粉将胶体Fe (OH)3还原以制备四氧化三铁超细颗粒的方法；中国专利CN101323466A提出了一种在有机醇溶液中将三氯化铁和氢氧化钠的混合物经水热处理以制备纳米四氧化三铁的方法。NiXiaoming等(Journal of CrystalGrowth, 2005)提出了一种在碱性水热条件下，采用水合肼将Fe (OH) 3、Fe2O3还原至纳米Fe或Fe3O4的方法；Glavee等提出了一种在水热条件下利用硼氢化物还原铁盐化合物以制备纳米金属铁的方法。但上述方法中水合肼、硼氢化物成本高，且其处理对象是纯的铁化合物，需专门制备。因此，在处理含铁多金属矿或冶金废渣综合利用铁过程中，上述方法难以直接应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种含铁物料中铁化合物的还原方法，经济实现含铁多金属矿或冶金废渣中铁的综合利用。为了达到上述目的，本发明方法包括如下步骤I)将含铁物料、还原剂加入到碱溶液中，配制成浆液，其中碱溶液为氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液或铝酸钠溶液，碱浓度以Na2O计为10 300g/L，含铁物料的配入量按碱溶液的体积计为50 500g/L，还原剂为醇类、糖类、醛类、烷烃类、活性碳、石墨、煤、煤焦油、麦麸中的一种或多种的混合物，还原剂用量按碱溶液的体积计为O. 2 200g/L ；2)所制备的浆液在90 350°C下水热处理20 600min。优选地，上述方法中，还原剂为甲醇、丙三醇、葡萄糖、淀粉、甲醛、煤油、煤、煤焦油、麦麸中的一种或多种的混合物。本发明具有如下优点1)适用性广，不仅可用于含铁物料中铁矿物的转化，而且可用于含铁功能材料的制备；2)还原剂廉价易得；3)易与冶金过程相结合，简单易行。
图1实施例12中所用氧化铁的XRD图谱；
图2实施例12中水热处理渣的XRD图谱。
具体实施例方式下面的实施例是为了更清楚地描述本发明的特点，选取氧化铝生产过程中的铝土矿和赤泥作为范例性的含铁物料，但这并不对本发明的适用对象构成任何限制。实施例1将一水硬铝石型铝土矿(主要成分A120356. 63%, SiO2 9. 85%, Fe20318. 56%,TiO2 2. 36% )、石灰、铝酸钠溶液(IOOmL)和甲醛配制成原矿浆。其中，铝酸钠溶液组成为Na2Ok 220. 34g/L，Al2O3 120. 58g/L ;按铝酸钠溶液体积计，配矿量为255g/L、甲醛添加量为5g/L ;石灰添加量为干矿石重量的7 %。所制备的原矿衆在260 °C下溶出60min,所得溶出浆液经固液分离获得溶出液和溶出渣。溶出渣在场强为120kA/m下进行磁选，所得铁精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为56. 30%和48. 74% ;而在未添加甲醛、其它 条件相同时，磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为30. 52%和17. 37%。实施例2将高铁三水铝石矿(Fe2O3 42%, Al2O3 30% )、铝酸钠溶液(IOOmL)和甲醇混合配制成原矿浆。其中，铝酸钠溶液组成为=Na2Ok 160. 23g/L, Al20382. 72g/L ;按铝酸钠溶液体积计，配矿量为200g/L、甲醇添加量为5g/L ;所制备的原矿浆在90°C下溶出120min，所得溶出浆液经固液分离获得溶出液和溶出渣。溶出渣在场强为120kA/m下进行磁选，所得铁精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为55. 12%和35. 32% ;而在未添加甲醇、其它条件相同时，磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为41. 50%和7. 67%。实施例3将赤泥(Fe2O3 54%, Al2O3 14% )、丙三醇、氢氧化钠溶液(IOOmL)混合配制成衆液。其中氢氧化钠溶液浓度为10g/L(以Na2O计，下同)；按氢氧化钠溶液体积计,赤泥配量为50g/L、丙三醇添加量为0.2g/L。所配制的浆液在350°C的水热条件下处理20min。上述水热处理后的渣，在场强为120kA/m的磁选管中进行磁选，所得磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量为58. 42%、铁的回收率为55. 31%。而未添加丙三醇、其它处理条件相同时,磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为42. 50%和16. 87%。实施例4将赤泥(Fe2O3 54%, Al2O3 14% )、葡萄糖、碳酸钠溶液(IOOmL)混合配制成浆液。其中碳酸钠溶液浓度为50g/L(以Na2O计，下同)；按碳酸钠溶液体积计，赤泥配量为300g/L、葡萄糖添加量为5g/L。所配制的浆液在280°C的水热条件下处理600min。上述水热处理后的渣，在场强为120kA/m的磁选管中进行磁选，所得磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量为62. 42%、铁的回收率为75. 68%。而未添加葡萄糖、其它处理条件相同时，磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为41. 35%和18. 87%。实施例5将赤泥(Fe2O3 54%, Al2O3 14% )、淀粉、氢氧化溶液(IOOmL)混合配制成浆液。其中氢氧化钠溶液浓度为150g/L(以Na2O计，下同)；按氢氧化钠溶液体积计,赤泥配量为500g/L、淀粉添加量为10g/L。所配制的浆液在260°C的水热条件下处理180min。上述水热处理后的渣，在场强为120kA/m的磁选管中进行磁选，所得磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量为60. 42%、铁的回收率为70. 24%。而未添加淀粉、其它处理条件相同时，磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为42. 4%和15. 87%。实施例6将赤泥(Fe2O3 54%, Al2O3 14% )、煤粉、氢氧化溶液(IOOmL)混合配制成浆液。其中氢氧化钠溶液浓度为300g/L(以Na2O计,下同)；按氢氧化钠溶液体积计,赤泥配量为300g/L、煤粉添加量为200g/L。所配制的浆液在350°C的水热条件下处理180min。上述水热处理后的渣，在场强为120kA/m的磁选管中进行磁选，所得磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量为57. 32%、铁的回收率为55. 02%。而未添加煤粉、其它处理条件相同时，磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为43. 65%和20. 87%。实施例7将赤泥(Fe2O3 54%, Al2O3 14% )、麦麸、氢氧化溶液(IOOmL)混合配制成浆液。其中氢氧化钠溶液浓度为50g/L(以Na2O计,下同)；按氢氧化钠溶液体积计,赤泥配量为 300g/L、麦麸添加量为50g/L。所配制的浆液在200°C的水热条件下处理180min。上述水热处理后的渣，在场强为120kA/m的磁选管中进行磁选，所得磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量为56. 32%、铁的回收率为53. 12%。而未添加麦麸、其它处理条件相同时，磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为40. 25%和15. 62%。实施例8将高铁三水铝石矿(Fe2O3 42%, Al2O3 30% )、铝酸钠溶液(IOOmL)和煤油混合配制成原矿浆。其中，铝酸钠溶液组成为=Na2Ok 160. 23g/L, Al20382. 72g/L ;按铝酸钠溶液体积计，配矿量为280g/L、煤油添加量为5g/L ;所制备的原矿浆在145°C下溶出90min。上述溶出渣在场强为120kA/m条件下进行磁选，所得铁精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为57. 42%和45. 32% ;而在未添加煤油、其它条件相同时，磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为41. 92%和10. 82%。实施例9将一水硬铝石型铝土矿(主要成分A120356. 63%, SiO2 9. 85%, Fe20318. 56%,TiO2 2. 36% )、石灰、铝酸钠溶液(IOOmL)和煤焦油配制成原矿浆。铝酸钠溶液组成为Na2Ok 220. 34g/L，Al2O3 120. 58g/L ;按铝酸钠溶液体积计，配矿量为255g/L、煤焦油添加量为30g/L;石灰添加量为干矿石重量的7%。所制备的原矿浆在260°C下溶出120min。上述溶出渣在场强为120kA/m下进行磁选，所得铁精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为58. 35%和54. 39%;而在未添加煤焦油、其它条件相同时，磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为31. 02%和17. 57%。实施例10将一水硬铝石型铝土矿(主要成分A120356. 63%, SiO2 9. 85%, Fe20318. 56%,TiO2 2.36% )、石灰、铝酸钠溶液(IOOmL)、甲醇、淀粉配制成原矿浆。其中，铝酸钠溶液组成为=Na2Ok 220. 34g/L，Al2O3 120. 58g/L ;按铝酸钠溶液体积计，配矿量为255g/L、甲醇添加量为O. 5g/L、淀粉添加量为2g/L ;石灰添加量为干矿石重量的7%。所制备的原矿衆在260°C下溶出120min。上述溶出渣在场强为120kA/m下进行磁选，所得铁精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为55. 75%和50. 87%;而不添加甲醇和淀粉还原剂的对比实验结果同实施例9。
实施例11将赤泥(Fe2O3 54%, Al2O3 14% )、甲醛、淀粉、煤焦油、氢氧化溶液(IOOmL)混合配制成浆液。其中，氢氧化钠溶液浓度为100g/L(以Na2O计，下同)；按氢氧化钠溶液体积计，赤泥配量为300g/L、甲醒添加量为O. 2g/L、淀粉添加量为2g/L、煤焦油添加量为2g/L。所配制的浆液在240°C的水热条件下处理300min。上述水热处理后的渣，在场强为120kA/m的磁选管中进行磁选，所得磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量为57. 42%、铁的回收率为62. 25%。而未添加甲醛、煤焦油和淀粉还原剂、其它处理条件相同时，磁选精矿的全铁(TFe)质量百分含量和铁回收率分别为41. 25%和16. 32%。实施例12将分析纯Fe2O3、氢氧化钠溶液、甲醛和葡萄糖混合配制成浆液。其中，氢氧化钠溶液浓度为150g/L(以Na2O计)；按氢氧化钠溶液体积计，分析纯Fe2O3配量为200g/L、甲醛添加量为O. 5g/L、葡萄糖加量为5g/L。所配制的浆液在280°C的水热条件下处理180min。 水热处理前后物料的X-射线衍射图谱(XRD)分别如图1和图2所示。图1中衍射峰与Jade5. O中Fe2O3的标准图谱(H)F24-0072#)相符，图2中衍射峰与Fe3O4的标准图谱(PDF07-0322#)相符，说明在上述添加还原剂的水热处理过程中，还原产物为四氧化三铁。
权利要求
1.一种含铁物料中铁化合物的还原方法，其特征是，包括以下步骤 1)将含铁物料、还原剂加入到碱溶液中，配制成浆液，其中碱溶液为氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液或铝酸钠溶液，碱浓度以Na2O计为10 300g/L，含铁物料的配入量按碱溶液的体积计为50 500g/L，还原剂为醇类、糖类、醛类、烷烃类、活性碳、石墨、煤、煤焦油、麦麸中的一种或多种的混合物，还原剂用量按碱溶液的体积计为O. 2 200g/L ； 2)所制备的浆液在90 350°C下水热处理20 600min。
2.根据权利要求1的一种含铁物料中铁化合物的还原方法，其特征是，所述的添加剂为甲醇、丙三醇、葡萄糖、淀粉、甲醛、煤油、煤、煤焦油、麦麸中的一种或多种的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种含铁物料中铁化合物的还原方法。在碱性水热条件下，采用还原剂将含铁物料中的高价铁还原为低价铁，以利于含铁多金属矿或冶金废渣中铁的综合利用。本发明具有适用性广、还原剂廉价易得、易与冶金过程相结合等优点。
文档编号C21B15/00GK103014216SQ20131000559
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者李小斌, 刘楠, 余顺文, 彭志宏, 刘桂华, 周秋生, 齐天贵 申请人:中南大学