本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种钒钛铁矿的利用方法。
背景技术：
钒钛磁铁矿是一种铁、钒、钛等多种有价元素共生的复合矿，其中，钒具有众多优异的物理性能和化学性能，有金属“维生素”之称，应用范围极为广泛，涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域。钛的化学性质稳定，具有耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度的物理化学性质，能与铁、铝、钒或钼等元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在航天、军事、化工、汽车、农产食品、医学、厨房用具、运动用品等多个领域有着广泛的应用。我国攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源，保有储量约100亿吨，是我国目前最大的钒钛磁铁矿矿床，极具综合利用价值。
原矿经系列处理后可获得两种产品，一是钒钛磁铁精矿，铁含量高(tfe含量52％～53％)，钛含量相对较低(tio2含量12％～13％)；一是钛精矿，铁含量较低(tfe含量35％～36％)，钛含量高(tio2含量47％～48％)。
针对钒钛磁铁精矿的处理，目前，高炉-转炉流程仍是主流方法，但随着社会的发展进步，此传统流程也面临着与日俱增的能源与环保压力，特别是对焦煤的依赖成为制约其发展的瓶颈问题。更为重要的是，高炉—转炉流程处理钒钛磁铁精矿只能回收其中的铁和钒，而钛元素进入到高炉渣中，由于钛品位较低(高炉渣中tio2含量为22％～25％)，目前仍无有效方法加以利用，造成宝贵钛资源的浪费。
此外，工业化应用的还有直接还原—电炉熔分工艺处理钒钛磁铁矿，如新西兰钢铁公司、南非海威尔德钢钒公司均采用回转窑直接还原—电炉熔分工艺处理钒钛磁铁矿，该工艺可获得含钒铁水和含钛熔分渣，其中钒可通过向含钒铁水中吹氧提取钒渣的方式进行回收，而钛进入熔分渣，渣中tio2含量为30％～35％，虽然比高炉渣中的钛含量有所升高，但仍存在含钛熔分渣利用困难的技术难题。同时，该工艺还存在电炉冶炼工序能耗高、经济性差的问题，受资源、能源的限制，该工艺大范围推广难度很大。
综上可知，钒钛矿资源采选处理后的钒钛铁精矿产品在现行工艺条件下均存在一定程度的不足，需要创新工艺方法，简化生产流程，降低过程能耗，同时进一步提升产品的附加值，总体提升钒钛矿利用的技术水平和经济效益。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钒钛铁矿的利用方法，该方法能够提高钛的利用率，且能够除去大部分硫元素，提高产品品质。
本发明提供了一种钒钛铁矿的利用方法，包括以下步骤：
将钒钛铁矿进行氧化焙烧预处理，得到预处理产物；
将所述预处理产物与碳质还原剂、粘结剂混合，得到混合物料，将所述混合物料造块，干燥，得到含碳球团；
将所述含碳球团还原碳化，得到金属化物料；
将所述金属化物料物理分离，得到富铁料和富钛料。
优选地，所述氧化焙烧的温度为800～1000℃；所述氧化焙烧的时间为0.5～2h。
优选地，所述钒钛铁矿中粒度小于等于200目的钒钛矿质量比例不低于50％。
优选地，所述碳质还原剂选自煤粉和/或焦粉。
优选地，所述碳质还原剂中粒度小于等于200目的碳质还原剂质量比例不低于30％。
优选地，所述粘结剂与混合物料的质量比为2～6：100。
优选地，所述还原碳化的温度为1250℃～1400℃，所述还原碳化的时间为1.5～3h。
优选地，所述混合物料中碳与氧的物质的量比为1：1.0～1.4。
优选地，所述物理分离的方式为磁选、重选和浮选中的一种或多种。
优选地，所述物理分离的方式为磁选，磁选的磁场强度为10～150mt
本发明提供了一种钒钛铁矿的利用方法，包括以下步骤：将钒钛铁矿进行氧化焙烧预处理，得到预处理产物；将所述预处理产物与碳质还原剂、粘结剂混合，得到混合物料，将所述混合物料造块，干燥，得到含碳球团；将所述含碳球团还原碳化，得到金属化物料；将所述金属化物料物理分离，得到富铁料和富钛料。本发明将钒钛铁矿进行氧化焙烧预处理，改变其矿相结构，降低还原和碳化钛氧化物的难度，同时脱除钒钛铁矿中的大部分硫元素，提高钒钛铁矿制备的产品质量，拓展其应用范围。实验结果表明：硫的脱除率为79％以上；富钛料的钛以碳化钛的形式存在，其质量含量达到24％以上，可作为氯化法生产四氯化钛的原料；富铁料中全铁(tfe)质量含量达到88％。
具体实施方式
本发明提供了一种钒钛铁矿的利用方法，包括以下步骤：
将钒钛铁矿进行氧化焙烧预处理，得到预处理产物；
将所述预处理产物与碳质还原剂、粘结剂混合，得到混合物料，将所述混合物料造块，干燥，得到含碳球团；
将所述含碳球团还原碳化，得到金属化物料；
将所述金属化物料物理分离，得到富铁料和富钛料。
本发明将钒钛铁矿进行氧化焙烧预处理，得到预处理产物。在本发明中，所述钒钛矿包括铁、氧化亚铁、三氧化二铁、氧化钛、五氧化二钒、硫和脉石矿物，所述脉石矿物主要包括二氧化硅、氧化钙、氧化镁和三氧化二铝；所述铁质量含量为50％～55％，所述氧化钛的质量含量为11％～14％。所述钒钛铁矿中粒度小于等于200目的钒钛矿质量比例优选不低于50％。在本发明中，所述氧化焙烧的温度优选为800～1000℃；所述氧化焙烧的时间优选为0.5～2h。本发明优选将矿经选别后得到钒钛铁精矿作为钒钛铁矿原料进行氧化焙烧预处理。本发明通过对钒钛铁矿氧化焙烧预处理，能够提高钛的碳化率，同时脱除掉大部分有害元素硫，降低后期处理的难度，有助于得到高品质产品。在本发明的具体实施例中，所述硫的脱除率达到79％以上。
得到预处理产物后，本发明将所述预处理产物与碳质还原剂、粘结剂混合，得到混合物料，将所述混合物料造块，干燥，得到含碳球团。在本发明中，所述碳质还原剂优选选自煤粉和/或焦粉；所述碳质还原剂中粒度小于等于200目的碳质还原剂质量比例优选不低于30％。在本发明中，所述粘结剂优选选自无机粘结剂或有机粘结剂；更优选为膨润土；所述粘结剂与混合物料的质量比优选为2～6：100。在本发明中，所述含碳球团中碳与氧的物质的量比为1.0～1.4:1，其中，碳来自碳质还原剂中的固定碳，氧来自钒钛铁矿中铁的氧化物和钛的氧化物中的氧。本发明优选采用压球机将混合物料进行造块。在本发明中，所述干燥的温度优选为120～200℃；所述干燥的时间优选为1～4h。
得到含碳球团后，本发明将所述含碳球团还原碳化，得到金属化物料。本发明优选在还原炉中进行含碳球团的还原碳化；所述还原碳化的温度优选为1250℃～1400℃，所述还原的时间优选为1.5～3h。在本发明中，所述金属化率为钒钛铁矿中金属铁(mfe)与全铁(tfe)的质量比值；在本发明的具体实施例中，所述金属化率达到92％。碳化率为钒钛铁矿中碳化钛中的钛与全钛(tti)的比值；在本发明的具体实施例中，所述钒钛铁矿的碳化率为达到78％以上，相比不进行氧化焙烧处理的情况，提高8个百分点。
得到金属化物料后，本发明将所述金属化物料物理分离，得到富铁料和富钛料。在本发明中，所述物理分离的方式为磁选、重选和浮选中的一种或多种方式的组合。所述物理分离的方式优选为磁选，磁选的磁场强度优选为10～150mt。在本发明中，所述富铁料可作为炼钢用原料，富钛料可作为低温氯化制备ticl4的原料使用。
本发明提供了一种钒钛铁矿的利用方法，包括以下步骤：将钒钛铁矿进行氧化焙烧预处理，得到预处理产物；将所述预处理产物与碳质还原剂、粘结剂混合，得到混合物料，将所述混合物料造块，干燥，得到含碳球团；将所述含碳球团还原碳化，得到金属化物料；将所述金属化物料物理分离，得到富铁料和富钛料。本发明将钒钛铁矿进行氧化焙烧预处理，改变其矿相结构，降低还原和碳化钛氧化物的难度，同时脱除钒钛铁矿中的大部分硫元素，提高钒钛铁矿制备的产品质量，拓展其应用范围。实验结果表明：硫的脱除率为79％以上；富钛料的钛以碳化钛的形式存在，其质量含量达到24％以上，可作为氯化法生产四氯化钛的原料；富铁料中全铁(tfe)质量含量达到88％。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种钒钛铁矿的利用方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以钒钛铁精矿为原料，钒钛铁精矿的主要成分及质量百分含量如表1所示，该钒钛铁精矿的粒度分布如表2所示，表1为某钒钛铁精矿的主要成分及含量，表2为某钒钛铁精矿的粒度分布：
表1某钒钛铁精矿的主要成分及含量
注：tfe为试样中铁元素总的质量百分含量。
表2某钒钛铁精矿的粒度分布
还原剂采用无烟煤煤粉，无烟煤煤粉的主要化学成分含量及粒度分布分别如表3和表4所示，表3为无烟煤煤粉的主要成分及含量，表4为无烟煤煤粉的粒度分布：
表3无烟煤煤粉的主要成分及含量
(1)钒钛铁精矿焙烧预氧化
将上述某钒钛铁精矿在800℃条件下氧化焙烧，焙烧时间为2.0h，得到预处理产物，氧化焙烧后的钒钛铁精矿中feo含量为1.61％，s含量为0.151％，s的脱除率为79.02％；
(2)混合物料造块
将预处理产物与无烟煤煤粉、膨润土按比例配料并混合均匀，得到混合物料，膨润土的加入量为混合物料质量的3％；用压球机将混合物料压制成球并进行干燥，得到含碳球团，含碳球团中c/o＝1.2；(3)将含碳球团加入还原炉中，还原时保温的温度1300℃，保温的时间1.5h，反应结束获得金属化物料，金属化物料的主要成分及含量如表5所示，表5为实施例1中金属化物料的主要成分及含量：
表5实施例1中金属化物料的主要成分及含量
注：1)tti为试样中钛元素总的质量百分含量；2)金属化率为试样中金属铁(mfe)与全铁(tfe)的比值；3)碳化率为试样中tic中的钛与全钛(tti)的比值。
预氧化钒钛铁精矿还原碳化后金属化物料中钛的碳化率达到78％，相同条件下，不对钒钛铁精矿进行预氧化，则得到的金属化物料中钛的碳化率仅为70％，碳化率提高了8个百分点。
(4)将金属化物料破磨、磁选，磁场强度100mt，获得tfe含量88％的富铁料和tic含量24.6％的富钛料。
实施例2
以钒钛铁精矿为原料，钒钛铁精矿的主要成分及质量百分含量如表1所示，该钒钛铁精矿的粒度分布如表2所示。
还原剂采用无烟煤煤粉，无烟煤煤粉的主要化学成分含量及粒度分布分别如表3和表4所示。
(1)钒钛铁精矿焙烧预氧化
将上述某钒钛铁精矿在1000℃条件下氧化焙烧，焙烧时间为1.0h，得到预处理产物，氧化焙烧后的钒钛铁精矿中feo含量为1.04％，s含量为0.083％，s的脱除率为88.47％；
(2)混合物料造块
将预处理产物与无烟煤煤粉、膨润土按比例配料并混合均匀，得到混合物料，膨润土的加入量为混合物料质量的4％；用压球机将混合物料压制成球并进行干燥，得到含碳球团，含碳球团中c/o＝1.3；
(3)将含碳球团加入还原炉中，还原时保温的温度1350℃，保温的时间2.0h，反应结束获得金属化物料，金属化物料的主要成分及含量如表6所示，表6为实施例2中金属化物料的主要成分及含量：
表6实施例2中金属化物料的主要成分及含量
预氧化钒钛铁精矿还原碳化后金属化物料中钛的碳化率达到81.05％，相同条件下，不对钒钛铁精矿进行预氧化，则得到的金属化物料中钛的碳化率仅为72.5％，碳化率提高了8.55个百分点。
(4)将金属化物料破磨、磁选，磁场强度60mt，获得tfe含量91％的富铁料和tic含量27.9％的富钛料。
由以上实施例可知，本发明提供了一种钒钛铁矿的利用方法，包括以下步骤：将钒钛铁矿进行氧化焙烧预处理，得到预处理产物；将所述预处理产物与碳质还原剂、粘结剂混合，得到混合物料，将所述混合物料造块，干燥，得到含碳球团；将所述含碳球团还原碳化，得到金属化物料；将所述金属化物料物理分离，得到富铁料和富钛料。本发明将钒钛铁矿进行氧化焙烧预处理，改变其矿相结构，降低还原和碳化钛氧化物的难度，同时脱除钒钛铁矿中的大部分硫元素，提高钒钛铁矿制备的产品质量，拓展其应用范围。实验结果表明：硫的脱除率为79％以上；富钛料的钛以碳化钛的形式存在，其质量含量达到24％以上，可作为氯化法生产四氯化钛的原料；富铁料中全铁(tfe)质量含量达到88％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。