专利名称：一种钒钛磁铁矿固相强化还原-磁选分离的方法
技术领域：
本发明属于钒钛磁铁矿非高炉冶炼领域，具体涉及一种钒钛磁铁矿固相强化还原-磁选分离的方法。
背景技术：
世界fL钛磁铁矿已查明的有400亿吨以上,主要分布在中国、俄罗斯、美国、南非、加拿大等国家。我国有丰富的钒钛磁铁矿资源，主要分布在攀西和承德地区，其中攀西地区已探明的远景储量超过100亿吨，承德地区已探明的储量超过80亿吨。钒钛磁铁矿是一种多元共生矿，主要以铁、钒、钛为主，并伴有铬、钻、镍、铜、抗、镓和钼族兀素等有价兀素，因此f凡钦磁铁矿冶炼不仅能获得金属铁，也能得到钥；、钦、络等有价元素，这为钒钛磁铁矿应用提供了多元化。在国内钒钛磁铁矿主要是高炉冶炼，但由于自身的局限性，高炉冶炼钒钛磁铁矿会出现铁水粘罐、铁损高、排渣难及泡沫渣等现象，是一种难冶炼的矿种，导致很难大范围的实现高炉冶炼，而且随着世界范围内焦炭的不断消耗，高炉炼铁的成本也是在逐年增加。因此，钒钛磁铁矿非高炉冶炼，尤其是钒钛磁铁矿煤基直接还原会有一个很大的发展空间。直接还原铁是在低于矿石熔化温度下，通过固态还原把铁矿石炼制成铁的工艺过程，于国内直接还原铁技术不成熟，铁的金属化率不高，生产成本高等缺陷，导致国内只有40万吨左右的产量，远远低于国外7000多万吨的产量，这严重制约了电炉炼钢等产业的发展。因此，强化直接还原是促进直接还原铁技术发展的一个非常重要的手段。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种钒钛磁铁矿固相强化还原-磁选分离的方法，目的是提高铁的金属化率和回收率，使得铁、钒、钛能更好的分离。实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行
(1)将钒钛磁铁矿与无烟煤粉按照C/0摩尔比为(1.Γ .4)1的比例配料，在球磨机中混和形成混合料，向混合料中加入占混合料质量广7%的添加剂CaF2、Na2CO3或Fe2O3,混匀后加入占混合料质量O. Γ0. 2%的粘结剂，在3(T60MPa的压力下模压成圆柱状样品；
(2)将圆柱状样品埋入盛有无烟煤粉的坩埚中，于110(Tl40(rC还原时间为3(Tl20min，得到还原铁粉；
(3)将还原铁粉水淬冷却或自然冷却至室温，用粉碎机将还原产物磨细到100 300目，得到磨细的还原铁粉；
(4)将磨细的还原铁粉在12(T240kA/m的磁选强度下磁选，铁渣分离，得到回收率为94 97%的铁粉。所述的粘结剂为聚乙烯醇，其分子式为[C2H40]n。本发明的特点和有益效果是
本发明的原理是在还原过程中会生成铁橄榄石(2Fe0 . SiO2)和铁尖晶石(FeO .Al2O3)等复杂化合物，随着温度的升高，这类物质会熔化，从而堵塞气孔，阻碍气体的内扩散。加入CaF2和Na2CO3会出现CaO和Na2O,置换出复杂化合物中的FeO，提高了 FeO的活性，促进了铁的还原；F_离子进入到Si—O四面体形成的网络中，破坏Si—O四面体结构，使晶格畸变，降低反应活化能，促进了还原；在还原性气氛中Na2CO3会生成气态金属钠，容易进入到浮士体晶格中，引起晶格畸变，同时金属钠具有形核剂的作用，使得铁的晶核容易形成并长大，而本发明在还原前加入CaF2、Na2CO3或Fe2O3自熔性添加剂，有利于各相的形成，弓I起相界面的扩大，这有利于气体的吸附和反应速率的提高，特别是当Fe2O3还原到Fe3O4时，比容增大，样品受到的膨胀应力增大，容易产生裂纹和微孔，加强了气体的内扩散。本发明方法除了钒钛磁铁矿加入添加剂后还原焙烧，还在冷却过程中采用自然冷却或水淬处理，其中水淬是为了防止温降过程中金属铁被氧化，其目的就是为了提高铁的金属化率和促进铁晶粒长大，强化直接还原过程，以便磁选时渣铁能更好的分离，获得高的铁回收率和Ti渣。采用本发明方法所产生的有益效果是本发明是采用煤基直接还原一磨矿磁选的 流程回收铁、钒、钛，工艺流程短，操作简单，而且用无烟煤取代了焦炭，降低了能耗，节约了成本；加入CaF2, Fe203> Na2CO3后，促进了铁晶粒的长大，不仅提高了金属化率，同时有利于渣铁分离；还原后水淬能防止还原出来的金属铁及低价铁氧化物再氧化成高价铁氧化物，使得金属化率在86 98%之间，铁回收率达到94 97%。
图1是本发明方法的工艺流程 图2是本发明实施例3得到的还原产物矿相 图3是对比例得到的还原产物矿相图。
具体实施例方式本发明实施例中所述的钒钛磁铁矿的化学成分为TFe58. 61%、Fe027. 63%、Ti027 . 01%、Si023 . 2%、Α12033· 0%、MgO1. 35%、CaOO. 92%、V2O5O. 291 %、PO. 028 %、SO. 19%,余
量为杂质。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。实施例1
(1)将钒钛磁铁矿与无烟煤粉按照C/0摩尔比为1.1 1的比例配料，在球磨机中混料，向混好的料中加入占混合料质量7%的添加剂Fe2O3,混匀后加入占混合料质量O. 1%的粘结剂聚乙二醇，在40MPa的压力下模压成圆柱状样品；
(2)将圆柱状样品埋入盛有无烟煤粉的坩埚中，于1100°C还原时间为120min，得到还原铁粉；
(3)将还原铁粉水淬冷却至室温，用2M2-100型密封式制样粉碎机将还原产物磨细到100 300目，得到磨细的还原铁粉，金属化率为86. 53% ；
(4)将磨细的还原铁粉在200kA/m的磁选强度下磁选，得到回收率为96.12%的铁粉，其磁性产物成分=TFe为81. 14%，MFe为73. 56%，TiO2为4. 33%，V为O. 274% ;非磁性产物成分TFe 为 7. 07%, MFe 为 O. 96%, TiO2 为 15. 05%, V 为 O. 638%，其中有 56. 90% 的 V 进入到磁性产物中，52. 91%的Ti进入到非磁性产物中。实施例2
(1)将钒钛磁铁矿与无烟煤粉按照C/0摩尔比为1.4:1的比例配料，在球磨机中混料，向混好的料中加入占混合料质量3%的添加剂Na2CO3,混匀后加入占混合料质量O. 2%的粘结剂聚乙二醇，在60MPa的压力下模压成圆柱状样品；
(2)将圆柱状样品埋入盛有无烟煤粉的坩埚中，于1350°C还原时间为60min，得到还原铁粉；
(3)将还原铁粉自然冷却至室温，用2M2-100型密封式制样粉碎机将还原产物磨细到100 300目，得到磨细的还原铁粉；
(4)将磨细的还原铁粉在120kA/m的磁选强度下磁选，得到回收率为94.82%的铁粉， 磁性产物中TFe为89. 50%,MFe为83. 40%, TiO2为3. 05%，V为O. 391% ;非磁性产物中
TFe 为 3. 46%,MFe 为 O. 51%, TiO2 为 20. 33%，V 为 O. 511%，其中有 70. 76% 的 V 进入到磁性产物中，68. 03%的Ti进入到非磁性产物中。实施例3
(1)将钒钛磁铁矿与无烟煤粉按照C/0摩尔比为1.2:1的比例配料，在球磨机中混料，向混好的料中加入占混合料质量3%的添加剂CaF2,混匀后加入占混合料质量O. 15%的粘结剂聚乙二醇，在50MPa的压力下模压成圆柱状样品；
(2)将圆柱状样品埋入盛有无烟煤粉的坩埚中，于1300°C还原时间为30min，得到还原铁粉；
(3)将还原铁粉自然冷却至室温，用2M2-100型密封式制样粉碎机将还原产物磨细到100 300目，得到磨细的还原铁粉，金属化率为89. 68% ；
(4)将磨细的还原铁粉在160kA/m的磁选强度下磁选，得到回收率为94.37%的铁粉，其矿相图如图2所示，其磁性产物中TFe为86. 93%，MFe为77. 53%，TiO2为3. 45%，V为O. 35% ；非磁性产物中TFe 为 5. 78%, MFe 为 O. 88%, TiO2 为 20. 83%, V 为 O. 90%，其中有 63. 85% 的 V进入到磁性产物中，66. 34%的Ti进入到非磁性产物中。对比例
(1)将钒钛磁铁矿与无烟煤粉按照C/0摩尔比为1.2:1的比例配料，在球磨机中混料，向混好的料中加入占混合料质量3%的添加剂CaF2,混匀后加入占混合料质量O. 15%的粘结剂聚乙二醇，在50MPa的压力下模压成圆柱状样品；
(2)将圆柱状样品埋入盛有无烟煤粉的坩埚中，于1300°C还原时间为30min，得到还原铁粉；
(3)将还原铁粉水淬冷却至室温，用2M2-100型密封式制样粉碎机将还原产物磨细到100 300目，得到磨细的还原铁粉，金属化率为97. 75% ；
(4)将磨细的还原铁粉在160kA/m的磁选强度下磁选，得到回收率为95.02%的铁粉，其矿相图如图3所示，其磁性产物中:TFe为92. 04%，MFe为87. 89%，TiO2为2. 05%，V为O. 416% ；非磁性产物中TFe 为 2. 89%, MFe 为1. 30%, TiO2 为 26. 17%, V 为 O. 577%，其中有 70. 15% 的V进入到磁性产物中，79. 37%的Ti进入到非磁性产物中。
权利要求
1.一种钒钛磁铁矿固相强化还原-磁选分离的方法，其特征在于按照以下步骤进行(1)将钒钛磁铁矿与无烟煤粉按照C/Ο摩尔比为(1.Γ .4)1的比例配料，在球磨机中混和形成混合料，向混合料中加入占混合料质量广7%的添加剂CaF2、Na2CO3或Fe2O3,混匀后加入占混合料质量O. Γ0. 2%的粘结剂，在3(T60MPa的压力下模压成圆柱状样品；(2)将圆柱状样品埋入盛有无烟煤粉的坩埚中，于110(Tl40(rC还原时间为 3(Tl20min，得到还原铁粉；(3)将还原铁粉水淬冷却或自然冷却至室温，用粉碎机将还原产物磨细到100 300 目，得到磨细的还原铁粉；(4)将磨细的还原铁粉在12(T240kA/m的磁选强度下磁选，铁渣分离，得到回收率为 94 97%的铁粉。
2.根据权利要求1所述的一种钒钛磁铁矿固相强化还原-磁选分离的方法，其特征在于所述的粘结剂为聚乙烯醇，其分子式为[C2H40]n。
全文摘要
本发明属于钒钛磁铁矿非高炉冶炼领域，具体涉及一种钒钛磁铁矿固相强化还原-磁选分离的方法。本发明方法是将钒钛磁铁矿与无烟煤粉配料，加入添加剂CaF2、Na2CO3或Fe2O3，混匀后加入粘结剂，模压成圆柱状样品，将圆柱状样于1100~1400℃还原时间为30~120min，得到还原铁粉，将还原铁粉水淬冷却或自然冷却至室温，磨细后在磁选，得到回收率为94~97%的铁粉。本发明操作简单，用无烟煤取代了焦炭，降低了能耗，节约了成本，加入CaF2、Fe2O3、Na2CO3后，促进了铁晶粒的长大，提高了金属化率，同时有利于渣铁分离，还原后水淬能防止还原出来的金属铁及低价铁氧化物再氧化成高价铁氧化物，使得金属化率在86～98%之间，铁回收率达到94～97%。
文档编号B03C1/015GK103008098SQ201210569589
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者薛向欣, 姜涛, 余少武, 夏溢, 段培宁 申请人:东北大学