[发明专利]一种钒钛磁铁矿固相强化还原-磁选分离的方法

说明书

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

世界钒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、镓和铂族元素等有价元素，因此钒钛磁铁矿冶炼不仅能获得金属铁，也能得到钒、钛、铬等有价元素，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/O摩尔比为（1.1~1.4）：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1~7%的添加剂CaF₂、Na₂CO₃或Fe₂O₃，混匀后加入占混合料质量0.1~0.2%的粘结剂，在30~60MPa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1100~1400℃还原时间为30~120min，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120~240kA/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[C₂H₄O]_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（2FeO﹒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，引起相界面的扩大，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。