矿石还原方法以及钛氧化物和铁金属化产物技术

本发明专利技术涉及矿石还原方法以及钛氧化物和铁金属化产物。具体地说，本发明专利技术公开了一种富含氧化亚铁的熔融渣的金属化产物，包含：在其中分布有多个金属铁颗粒的富含氧化钛的渣的基质，该金属铁颗粒可从氧化钛基质中机械分离，机械分离出可机械分离的金属铁部分后，该基质含有基于基质总重量计为大于85％的氧化钛。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及用于对含钛氧化物的矿石进行选矿的方法。更特别地，本公开涉及用于在移动平底炉中还原矿石以形成可分离的铁金属和钛氧化物的方法。本公开还另外涉及钛和铁的金属化产物以及由含钛氧化物的矿石的选矿方法得到的产物。更特别地，本公开涉及通过在移动平底炉中还原矿石以形成分离的铁金属和钛氧化物的方法所制得的氧化钛和铁的金属化产物。
技术介绍
移动平底炉已知被用于铁氧化物的还原中。将需要还原的铁氧化物与碳源一同投入旋转平底炉中，使投料暴露于还原条件下而形成包含铁和渣的还原产物。在使用相对较纯的铁氧化物投料时，熔融的铁氧化物渣与炉内表面的反应值得关注。于是，该技术趋向于使用足量的用于固态还原的碳，从而在任何熔融相形成之前发生快速和几乎完全的铁氧化物的金属化。这样，当有固态相还原的产物熔融时，仅有相对很少的金属氧化物部分可用于形成渣成分。此外，由于铁金属在还原产物中占大部分，因而形成了大而易回收的铁颗粒形式。可提供碳床来保护炉底部分，使其与反应投料不产生接触。由于投料中的碳成分足以提供快速的金属化，任何可能留下与碳床反应的很小比例的铁氧化物都将是过程的非主要和无关紧要的部分。已提出采用转底方法还原低等级的矿石例如含有铁氧化物、高水平的二氧化钛和金属氧化物杂质的钛铁矿，以制造含有金属铁和高等级钛氧化物如合成金红石的还原产物，来代替使用转底方法以充分还原纯的铁氧化物。然而，在转底方法中还原低等级矿石例如含高水平二氧化钛和金属氧化物杂质的钛铁矿给该方法带来了在还原相对较纯的铁氧化物时未遇到的挑战。当采用传统的转底还原技术从低等级矿石如钛铁矿中回收金属铁和钛氧化物时， 分离出散布在相对较高含量的渣成分中的小块铁金属是一个问题。为解决该分离问题，已有人提出通常在电熔炉或中间平底炉中将铁氧化物主体进行金属化的第一预还原步骤以及随后的熔融步骤，以形成更易分离的熔融铁，其相比之下没有尾矿和具有较高含量的钛氧化物的渣。然而，这种多步骤的过程是一种高成本和高能密集型的解决方案。由于金属铁小块多具有远小于50微米的直径，因此机械分离大量散布在渣中的小块铁金属是不现实的。由于50微米是通过筛分法进行分离的最小可行尺寸极限，多数具有400线/英寸筛的精细筛仅限于筛分50微米直径的颗粒，因此筛分这么大量的小块金属铁不是一种现实的分离方法。小块铁可通过化学分离，但化学分离将显著增加成本。因此，需要一种节能的转底方法来实现从低等级矿石还原产物中容易地回收分离的金属铁和钛氧化物。
技术实现思路
本公开是关于一种从含有钛氧化物和氧化铁的矿石，通常为低等级的富含氧化钛和氧化铁的矿石，更典型地是钛铁矿中生产可分离的铁和氧化钛的方法,包括(a)形成包含碳基的材料和矿石的结块，结块中碳的量足以在升高的温度下将氧化铁还原成氧化亚铁，并形成富含氧化亚铁的熔融渣，(b)将结块引入移动平底炉的碳床上；(C)在移动平底炉中加热结块到足以还原和熔融结块以产生富含氧化亚铁的熔融渣的温度；(d)在足以维持渣处于熔融态的炉温下，通过氧化亚铁和碳床中的碳的反应对熔融渣的氧化亚铁进行金属化；(e)在对氧化亚铁的金属化后，固化渣以形成富含钛氧化物渣的基质，其中分布有多个金属铁颗粒；以及(f)从渣中分离金属铁颗粒，分离出金属铁后，该渣中含有相对于基质总重量的大于85%的二氧化钛。在一种实施方案中，结块的还原和熔融同时发生。此外，金属化也可以在足以使熔融的渣中形成的熔融金属铁小液滴熔合成大的熔融铁的金属液滴的条件下进行。本公开还另外涉及富含氧化亚铁的熔融渣的金属化产物，其包括在其中分布有多个金属铁颗粒的富含钛氧化物的渣的基质，该金属铁颗粒可从氧化钛基质中机械分离， 机械分离出可机械分离的金属铁部分后，该基质含有相对于基质总重量的大于85%的氧化钛。附图说明图I是用于还原富含钛的矿石并生产金属铁和高等级钛氧化物的旋转平底炉的顶视图。图2是简化的本公开的方法的示意图。图3是实施例I的75微米尺寸的渣产物的电子显微镜照片。全场宽度为115微米。图4是实施例3的产物的分离的铁颗粒的照片(全场宽度12500 μ m)。图5是实施例3分离出的铁颗粒后的小于75微米尺寸的渣产物的电子显微镜照片。全场宽度为115微米。图6是研磨前与实施例3类似方法的金属化产物的光学显微照片。具体实施方式本公开使用的是富含钛氧化物和铁氧化物的低等级矿石。低等级矿石中存在的钛为复杂氧化物的形式，通常与铁结合，也含有其他金属的氧化物和碱土金属元素。钛通常以钛铁矿形式存在，或者是为沙状或为硬的岩石沉积物。低等级的富钛矿例如钛铁矿沙可含有约45-约65 %的二氧化钛，约30-约50 %的铁氧化物和约5-约10 %的尾矿。钛铁矿的岩石沉积物据报道含有约45-约50 %的二氧化钛，约45-约50 %的铁氧化物和约5-约 10%的尾矿。本公开的方法可应用这样的富钛矿石。用作转底炉方法中投料的结块包含矿石和数量足够用于第一阶段熔融的碳，其中氧化铁在还原条件下还原成氧化亚铁。碳的确切量将取决于矿石中的铁氧化物的含量，特别是氧化铁的含量。但是，使用的碳的量少于化学计量(即足以使矿石中所有的铁氧化物还原为金属铁的量)，以使结块将在第二阶段的金属化开始前熔化，使其中大部分的氧化亚铁还原成铁金属。这种金属化的进程很小程度上在第一阶段完成，且对本公开的方法无害。碳量是指提供碳源的材料中固定的碳含量。固定的碳含量是通过对固体燃料如煤在无空气存在下加热样品到950°C而除去挥发性物质(通常包括一些碳)的组分分析确定的。在950°C时残留在灰烬中的碳即为固定的碳含量。对于典型的可用于本公开方法的和含约30-约50%铁氧化物的矿石，基于结块总重量的碳量在约O. 5-约8. Owt. %之间，更典型的是在约I. O-约6. Owt. %之间。对于钛铁矿和/或含钛铁矿的沙，基于结块总重量的碳量在约I. O-约8. Owt. %之间，更典型的是在约2. O-约6. Owt. %之间。对于钛铁矿的岩石沉积物，基于结块总重量的碳量在约O. 5-约5.Owt. %之间，更典型的是在约I. O-约3. Owt. %之间。通常，基于结块计，结块中的碳量足以还原氧化铁，但不足以金属化超过约50%的氧化亚铁，更典型的是不足以金属化超过约20 %的氧化亚铁。用于结块中的碳源可以是任何的含碳材料，例如但不限于煤、焦炭、木炭和石油焦炭。结块是将矿石和碳源混合，也可任选与粘合剂材料一起混合，将混合物成形为小球、压块、挤出物或压缩物，并通常在约100-约200°C之间的温度下干燥而形成。可混合和成形供料成分的设备是那些本领域技术人员熟知的设备。通常，结块的平均直径在约2-约 4cm之间以便于操作。可任选使用的粘合剂材料可以是但不限于有机粘合剂或无机粘合剂例如斑脱土或熟石灰。适合的粘合剂的量在占结块总重量的约O. 5-约5wt. %之间，典型值为约I-约 3wt. % ο与一般的矿石还原方法不同，结块矿石可不必研磨成细粉而使用。然而，在形成结块之前，矿石可被碾压和/或过筛以达到平均颗粒尺寸在约O. I-约Imm之间，而分离出任何可产生操作问题的大块。例如，当使用岩石沉积物时，它们通常经碾压和过筛以获得平均颗粒尺寸在约O. I-约Imm之间的矿石颗粒。将结块投入旋转平底炉中，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·巴恩斯，S·E·利克，D·阮，A·乌拉加米，I·科巴亚施，M·希诺，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：