海濱砂礦直接還原焙燒同步生產(chǎn)鈦酸鎂的研究

1、1 孫體昌 北京科技大學(xué)北京科技大學(xué) 礦物加工工程系礦物加工工程系 海濱鈦磁鐵礦的儲量及特點(diǎn) 海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究 主要內(nèi)容 海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果 海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂 1.1海濱鈦磁鐵礦的儲量 3 n海濱砂礦被定義為海濱砂礦被定義為 在海濱地帶由河流、在海濱地帶由河流、 波浪、潮汐、潮流和波浪、潮汐、潮流和 海流作用，使砂質(zhì)沉海流作用，使砂質(zhì)沉 積物中的重礦物碎屑積物中的重礦物碎屑 富集而形成的礦床。富集而形成的礦床。 n海濱砂礦通?？珊I砂礦通?？?劃分為劃分為非金屬砂非金屬砂 礦、黑色金屬砂礦、黑色金屬砂 礦、有色金屬砂礦、有色金屬砂 礦及稀有金屬

2、砂礦及稀有金屬砂 礦礦4 4大類大類。 n世界海濱砂礦世界海濱砂礦 資源主要分布在資源主要分布在 南半球各國的沿南半球各國的沿 海地區(qū)。海地區(qū)。 n據(jù)統(tǒng)計，從事?lián)y(tǒng)計，從事 砂礦調(diào)查的沿海砂礦調(diào)查的沿海 國家有國家有4040多個，多個， 已報道探明砂礦已報道探明砂礦 儲量的國家有近儲量的國家有近 2020個。個。 n澳大利亞是當(dāng)今世澳大利亞是當(dāng)今世 界上海濱砂礦儲量最界上海濱砂礦儲量最 豐富、開采最發(fā)達(dá)、豐富、開采最發(fā)達(dá)、 工藝技術(shù)和工業(yè)裝備工藝技術(shù)和工業(yè)裝備 最先進(jìn)、產(chǎn)品出口量最先進(jìn)、產(chǎn)品出口量 最大的國家。最大的國家。 海濱砂礦總儲量海濱砂礦總儲量20.5720.57億噸，其中礦物的分布為

3、：億噸，其中礦物的分布為： 103530 82400 16000 2263 1285 255 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 鈦鐵礦鈦鐵礦鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦磁鐵礦磁鐵礦鋯石鋯石金礦石金礦石獨(dú)居石獨(dú)居石 儲量（萬噸）儲量（萬噸） 礦石種類礦石種類 4 儲量在海濱砂礦中占第二位，但目前利用率較低。儲量在海濱砂礦中占第二位，但目前利用率較低。鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦 1.2 海濱鈦磁鐵礦的特點(diǎn) 5 分布廣泛、儲量大、開采方便。分布廣泛、儲量大、開采方便。 原礦鐵品位高，但鈦品位也高，原礦鐵品位高，但鈦品位也高， 同時伴生有鈦鐵礦及少量金紅同時伴生有鈦鐵礦及少量金

4、紅 石等有用礦物。石等有用礦物。 缺點(diǎn)：用常規(guī)選礦所得鐵精礦缺點(diǎn)：用常規(guī)選礦所得鐵精礦 品位難提高，品位難提高， 。 精礦中鈦品位高，精礦中鈦品位高， 鈦難利用鈦難利用 海濱鈦磁鐵礦的儲量及特點(diǎn) 海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究 主要內(nèi)容 海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果 海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂 實(shí)例1 7 p得到鐵精礦：，回收率，回收率86.27%86.27%， ，回收率87.00%。 TFeTFe品位品位58.04%58.04% TiOTiO2 2品位品位9.20%9.20% 2 海濱鈦磁鐵礦常規(guī)選礦方法及效果簡介 實(shí)例2 u原礦TFe含量47.11%，磁性 率(FeO/TF

5、e)為47.89%，同 時TiO2含量達(dá)12.10%，屬于 含鈦磁鐵礦礦石。 u原礦中的鐵主要以磁性鐵的 形式存在，磁性鐵占有率為 80.58%。 u主要鐵礦物是含鈦的鈦磁鐵 礦。 8 p得到的的鐵精礦：，回收率，回收率94.18%94.18% ，。 TFeTFe品位品位60.28%60.28% TiOTiO2 2品位品位12.62%12.62% 實(shí)例3 u原礦TFe含量51.77%，TiO2 含量達(dá)11.57%，屬于含鈦磁 鐵礦礦石。 u且原礦中的鐵主要以磁性鐵 的形式存在。 u主要鐵礦物是含鈦的鈦磁鐵 礦。 9 p得到TFeTFe品位品位58.52%58.52%，回收率，回收率96.06%

6、96.06%，TiOTiO2 2品位品位 11.93%11.93%的的含鈦鐵精礦。 精礦精礦 尾礦尾礦 試樣試樣 磨礦磨礦-200目目70.00% 弱磁選弱磁選87.58kA/m 原礦 鐵品位/% TiO2品位/% Fe回收率/% 實(shí)例158.04 58.04 9.20 9.20 87.00 87.00 實(shí)例3 60.28 60.28 12.62 12.62 94.18 94.18 實(shí)例458.5258.5211.9311.9396.0696.06 不同海濱鈦鈦磁鐵礦選別效果對比 比較可知： 海濱鈦磁鐵礦選別流程相對比較簡單；海濱鈦磁鐵礦選別流程相對比較簡單； 主要問題是所得鐵精礦品位低，鈦含

7、量高，鈦資源沒有得到主要問題是所得鐵精礦品位低，鈦含量高，鈦資源沒有得到 很好利用；很好利用； 原因是原因是存在于鈦磁鐵礦中，用一般的存在于鈦磁鐵礦中，用一般的 選礦方法無法分離。選礦方法無法分離。 鈦主要以類質(zhì)同象形式鈦主要以類質(zhì)同象形式 因此需要尋找新的方法實(shí)現(xiàn)同時回收鈦磁鐵礦中的鐵和鈦。因此需要尋找新的方法實(shí)現(xiàn)同時回收鈦磁鐵礦中的鐵和鈦。 10 海濱鈦磁鐵礦的儲量及特點(diǎn) 海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究 主要內(nèi)容 海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果 海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂 鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦 原礦原礦 弱磁選弱磁選 尾礦，鈦富集尾礦，鈦富集 二段磁選二段磁選 一段磨礦一段磨礦

8、直接還原鐵直接還原鐵 還原焙燒還原焙燒 添加劑添加劑 混合混合 二段磨礦二段磨礦 冷卻冷卻 煤煤 12 3.1目的： u以煤為還原劑，對海濱鈦磁鐵 礦進(jìn)行直接還原焙燒； u在焙燒的過程中通過添加劑的 作用，使鐵還原成金屬，鈦不還 原，然后通過磨礦磁選，使鐵進(jìn) 入直接還原鐵中，實(shí)現(xiàn)鈦和鐵的 分離； u鈦進(jìn)入到尾礦中得到富集，實(shí) 現(xiàn)鈦鐵分離，可以從尾礦中再回 收鈦。 特點(diǎn)： u可以實(shí)現(xiàn)海濱鈦磁鐵礦中鐵和 鈦的分離，使鐵和鈦分別得到回 收利用。 13 海濱鈦磁鐵礦化學(xué)分析結(jié)果海濱鈦磁鐵礦化學(xué)分析結(jié)果 3.23.2試樣性質(zhì)研究試樣性質(zhì)研究 來自印尼某海濱砂礦。來自印尼某海濱砂礦。 成分成分FeTiO2

9、SiO2Al2O3MgO 含量含量/%51.8511.3314.436.863.64 成分成分CaOSO3MnONa2OP2O5 含量含量/%1.090.580.490.420.14 成分成分Cr2O3K2OZnOClZrO2 含量含量/%0.130.10.070.040.01 主要礦物：主要礦物：鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦、石英、石英、鎂鐵礦、方鎂石等。鎂鐵礦、方鎂石等。 14 海濱鈦磁鐵礦的顆粒海濱鈦磁鐵礦的顆粒 及礦物之間的關(guān)系及礦物之間的關(guān)系。 還原用煤的性質(zhì)（干燥基） 15 煤種煤種 水分水分 （%） 灰分（灰分（%） 揮發(fā)份揮發(fā)份 （%） 固定碳固定碳 （%） 全硫（全硫（%） 煙煤煙煤A1

10、1.7719.9028.1851.922.15 煙煤煙煤B10.9546.3623.0030.652.32 無煙煤無煙煤0.904.406.6089.000.24 選擇3種不同性質(zhì)的煤為還原劑進(jìn)行對比試驗(yàn)，考察煤性質(zhì) 的影響 可見，3種煤的灰分、固定碳和揮發(fā)分都有較大的差別。 3.23.2煤的種類對直接還原效果的影響 對鐵品位的影響對鐵品位的影響 對鐵回收率的影響對鐵回收率的影響 16 6060 7070 8080 9090 100100 0 01010202030304040 TFe回收率/% 煤用量/% 煙煤A 煙煤B 無煙煤 8080 8282 8484 8686 8888 9090 0

11、 01010202030304040 TFeTFe品位品位/%/% 煤用量煤用量/%/% 煙煤煙煤A A 煙煤煙煤B B 無煙煤無煙煤 煤的種類對直接還原鐵鐵指標(biāo)的影響 對鐵品位的影響對鐵品位的影響 對鐵回收率的影響對鐵回收率的影響 17 6060 7070 8080 9090 100100 0 01010202030304040 TFe回收率/% 煤用量/% 煙煤A 煙煤B 無煙煤 8080 8282 8484 8686 8888 9090 0 01010202030304040 TFeTFe品位品位/%/% 煤用量煤用量/%/% 煙煤煙煤A A 煙煤煙煤B B 無煙煤無煙煤 從圖中看出：

12、n不同種類的煤及用量對還原鐵指標(biāo)的影響規(guī)律不同： n隨煙煤A用量的增加，TFe品位和回收率均逐漸提高； n而隨煙煤B和無煙煤用量的增加 TFe品位下降，而回收率提高； n直接還原鐵品位都比較低，直接還原鐵品位都比較低，最高只有最高只有87.39%87.39%。 添加劑對鐵品位的影響添加劑對鐵品位的影響添加劑對鐵回收率的影響添加劑對鐵回收率的影響 18 3.33.3添加劑添加劑的種類的影響 7070 7575 8080 8585 9090 9595 100100 0 05 51010151520202525 TFeTFe品位品位/%/% 添加劑用量添加劑用量/%/% TCTC NCPNCP NC

13、SNCS 8080 8585 9090 9595 100100 0 05 51010151520202525 TFeTFe回收率回收率/%/% 添加劑用量添加劑用量/%/% TCTC NCPNCP NCSNCS 采用采用3 3種種添加劑，添加劑，TCTC、NCPNCP和和NCSNCS進(jìn)行了對比試驗(yàn)進(jìn)行了對比試驗(yàn)。 只添加還原劑效果不理想，需要添加劑。只添加還原劑效果不理想，需要添加劑。 添加劑對鐵品位的影響添加劑對鐵品位的影響添加對鐵回收率的影響添加對鐵回收率的影響 19 7070 7575 8080 8585 9090 9595 100100 0 05 51010151520202525 T

14、FeTFe品位品位/%/% 添加劑用量添加劑用量/%/% TCTC NCPNCP NCSNCS 8080 8585 9090 9595 100100 0 05 51010151520202525 TFeTFe回收率回收率/%/% 添加劑用量添加劑用量/%/% TCTC NCPNCP NCSNCS 添加劑對焙燒效果的影響規(guī)律不同。添加劑對焙燒效果的影響規(guī)律不同。 隨隨TCTC用量的增加，鐵品位下降，鐵回收率上升。用量的增加，鐵品位下降，鐵回收率上升。 添加劑對鐵品位的影響添加劑對鐵品位的影響添加對鐵回收率的影響添加對鐵回收率的影響 20 7070 7575 8080 8585 9090 9595

15、 100100 0 05 51010151520202525 TFeTFe品位品位/%/% 添加劑用量添加劑用量/%/% TCTC NCPNCP NCSNCS 8080 8585 9090 9595 100100 0 05 51010151520202525 TFeTFe回收率回收率/%/% 添加劑用量添加劑用量/%/% TCTC NCPNCP NCSNCS 添加劑對焙燒效果的影響規(guī)律不同。添加劑對焙燒效果的影響規(guī)律不同。 隨隨NCPNCP用量的增加，鐵品位上升，鐵回收率也上升。用量的增加，鐵品位上升，鐵回收率也上升。 添加劑對鐵品位的影響添加劑對鐵品位的影響添加對鐵回收率的影響添加對鐵回收率

16、的影響 21 7070 7575 8080 8585 9090 9595 100100 0 05 51010151520202525 TFeTFe品位品位/%/% 添加劑用量添加劑用量/%/% TCTC NCPNCP NCSNCS 8080 8585 9090 9595 100100 0 05 51010151520202525 TFeTFe回收率回收率/%/% 添加劑用量添加劑用量/%/% TCTC NCPNCP NCSNCS 添加劑對焙燒效果的影響規(guī)律不同。添加劑對焙燒效果的影響規(guī)律不同。 隨隨NCSNCS用量的增加，鐵品位上升，鐵回收率下降。是最佳添加劑用量的增加，鐵品位上升，鐵回收率下

17、降。是最佳添加劑 添加劑對直接還原鐵添加劑對直接還原鐵 中中TiOTiO2 2含量的影響含量的影響 添加劑對直接還原鐵中 TiO2 2含量的影響規(guī)律明顯 不同： 添加劑TC用量的增加， 直接還原鐵中TiO2含量快 速上升； 而隨添加劑NCP和NCS用 量的增加，直接還原鐵 中TiO2含量迅速下降，最 低可以達(dá)到0.25%； 22 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 0 05 51010151520202525 TiOTiO2 2品位品位/%/% 添加劑用量添加劑用量/%/% TCTC NCPNCP NCSNCS 添加劑添加劑可以明顯降低直接還原鐵中可以明顯降低直接還

18、原鐵中 TiO2含量高，較好的實(shí)含量高，較好的實(shí) 現(xiàn)鐵和鈦的有效分離，同時現(xiàn)鐵和鈦的有效分離，同時NCPNCP和和NCSNCS也可以明顯提高直接還也可以明顯提高直接還 原鐵中鐵的品位。原鐵中鐵的品位。 0.25 添加劑添加劑NCSNCS的效果最好。的效果最好。 NCSNCS用量對還原鐵指標(biāo)的影響用量對還原鐵指標(biāo)的影響 23 0 0 0.50.5 1 1 1.51.5 2 2 2.52.5 3 3 7070 7575 8080 8585 9090 9595 100100 0 02 24 46 68 810101212 TFeTFe品位品位/%/% NCSNCS用量用量/%/% FeFe品位品位

19、FeFe回收率回收率 TiO2TiO2含量含量 可以看出：可以看出： n隨著添加劑隨著添加劑NCSNCS用量的用量的添添 加，直接還原鐵中鐵的品位加，直接還原鐵中鐵的品位 上升，回收率有所下降；上升，回收率有所下降； nTiOTiO2 2的含量隨的含量隨NCSNCS用量的增用量的增 加明顯下降；用量為加明顯下降；用量為11%11%時時 可以降低到可以降低到0.44%0.44%。 n證明證明NCSNCS有明顯的促進(jìn)鐵有明顯的促進(jìn)鐵 鈦分離的效果。鈦分離的效果。 p還進(jìn)行了焙燒溫度、焙燒還進(jìn)行了焙燒溫度、焙燒 時間、磨礦磁選的條件試驗(yàn)時間、磨礦磁選的條件試驗(yàn) ，確定了最佳條件。，確定了最佳條件。

20、海砂礦海砂礦 弱磁選弱磁選 鈦富集鈦富集 二段磁選二段磁選 一段磨一段磨礦，礦， -0.074mm76.20%-0.074mm76.20% 直接還原鐵直接還原鐵 還原焙燒還原焙燒1250 1250 ，60min60min NCS 11%NCS 11% 混合混合 二段磨二段磨礦，礦， -0.074mm75.02%-0.074mm75.02% 水淬冷卻水淬冷卻 煙煤煙煤A 30%A 30% 產(chǎn)率產(chǎn)率 鐵品位鐵品位 鐵回收鐵回收 率率 TiO2 含量 51.7751.7793.47 93.47 88.73 88.73 0.430.43 最終直接還原鐵指標(biāo)（% %） 原礦鐵品位原礦鐵品位51.85%5

21、1.85%，TiOTiO2 211.33%11.33% 最佳條件及結(jié)果 24 尾礦TiO2含量升高到23.03%， 回收率98.04%，為鈦的進(jìn)一步 回收創(chuàng)造了條件。 3 3.4.4最佳最佳條件及結(jié)果條件及結(jié)果 25 不同不同NCSNCS用量焙燒礦的電子顯微鏡觀察用量焙燒礦的電子顯微鏡觀察 2%NCS5%NCS 8%NCS 12%NCS 可以看出：添加不同用量NCS所得焙燒礦的結(jié)構(gòu)也有明顯的不同。 3.5機(jī)理研究 26 n可以看出：添加不同用量NCS 所得焙燒礦中所生成的金屬鐵的 顆粒及與其他礦物的關(guān)系也有較 大影響。 2%NCS 12%NCS 27 不同不同NCSNCS用量焙燒礦的用量焙燒礦

22、的XRDXRD分析分析 0%NCS 5%NCS 8%NCS 12%NCS 主要礦物：A-金屬鐵(Fe); B-隕硫鐵(FeS); C-鐵板鈦礦 (Fe2TiO5); D-鈦鐵礦(FeTiO3);E-三斜霞石(Na(AlSiO4); F-(Mg2TiO4) 28 0%NCS 5%NCS 8%NCS 12%NCS 主要礦物： n金屬鐵(Fe); nB-隕硫鐵(FeS); nC-鐵板鈦礦(Fe2TiO5); D-鈦鐵礦(FeTiO3); nE-三斜霞石(Na(AlSiO4); F-(Mg2TiO4) 不同不同NCSNCS用量焙燒礦的用量焙燒礦的XRDXRD分析分析 含鈦礦物種類多且多數(shù) 含鐵，造成鐵

23、總回收率 低。同時鈦回收困難。 生成FeS，造成產(chǎn)品中 硫含量超標(biāo)。 有正鈦酸鎂(Mg2TiO4)生成。 海濱鈦磁鐵礦的儲量及特點(diǎn) 海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究 主要內(nèi)容 海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果 海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂 3.6焙燒同時生成Mg2TiO4的研究 30 鈦酸鎂的性質(zhì)和用途： n鈦酸鎂（Mg2TiO4）具有介電損耗低、介電常數(shù)溫度系數(shù) 小等特點(diǎn), 被廣泛用于高頻熱補(bǔ)償電容器、多層陶瓷電容 器, 引起了各國材料工作者的極大關(guān)注； n主要用于制備微波陶瓷，是一種新型的陶瓷材料； n目前都用純TiO2和MgO在1400以上溫度下合成。 主要礦物： n金屬鐵(Fe

24、); nB-隕硫鐵(FeS); nC-鐵板鈦礦(Fe2TiO5); D-鈦鐵礦(FeTiO3); nE-三斜霞石(Na(AlSiO4); F-(Mg2TiO4) 有正鈦酸鎂(Mg2TiO4)生成 。 海濱鈦磁鐵礦的儲量及特點(diǎn) 海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究 主要內(nèi)容 海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果 海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂 鈦磁鐵礦精礦鈦磁鐵礦精礦 弱磁選弱磁選 鈦酸鎂粉體鈦酸鎂粉體 二段磁選二段磁選 一段磨一段磨礦礦 直接還原鐵直接還原鐵 還原焙燒還原焙燒 含鎂化合物含鎂化合物 混合壓球混合壓球 二段磨二段磨礦礦 干式磁選干式磁選 還原劑還原劑 32 優(yōu)勢 減少 其他 添加

25、劑同時 生成 用途 更廣 泛的 鈦酸 鎂粉 體 鐵回 收率 提高 沒有 尾礦， 一舉 兩得 3.6焙燒同時生成Mg2TiO4的研究 33 80 85 90 95 100 88 89 90 91 92 93 94 051015 鐵回收率鐵回收率/% 鐵品位鐵品位/% M用量用量/% 品位 回收率 鐵回收率達(dá) 到97%以上 n隨添加劑M用量增加，還原鐵中鐵品位和回收率都明顯提高； n說明添加劑中的鎂代替鐵與鈦結(jié)合。 添加劑M用量試驗(yàn)（焙燒溫度1300） 34 添加劑對焙燒產(chǎn)物中礦物組成的影響 在用量為10% 時焙燒產(chǎn)物 中基本是只 有今金屬鐵 和鈦酸鎂。 礦物組成明 顯簡單。 l磁選后還原鐵品位在

26、92%以上，正鈦酸鎂的純度達(dá)到90%以上 正鈦酸鎂(Mg2TiO4) 金屬鐵金屬鐵 35 2468101214161820 keV 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 cps/eV Mg O Ti Ti Al 2468101214161820 keV 0 1 2 3 4 5 6 7 cps/eV Fe Fe C Ti Ti 鈦磁鐵礦精礦鈦磁鐵礦精礦 弱磁選弱磁選 鈦酸鎂粉體鈦酸鎂粉體 二段磁選二段磁選 一段磨一段磨礦礦 直接還原鐵直接還原鐵 還原焙燒還原焙燒 含鎂化合物含鎂化合物 混合壓球混合壓球 二段磨二段磨礦礦 干式磁選干式磁選 煙煤煙煤 36 優(yōu)勢 減少 其他 添加 劑同時 生成 用途 更廣 泛的 鈦酸 鎂粉 體 鐵回 收率 提高 沒有 尾礦， 一舉 兩得 證明用鈦磁鐵礦為原料， 用直接還原焙燒磁選工藝 生產(chǎn)金屬鐵和正鈦酸鎂是 可行的。 37 鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦高溫固相反應(yīng)法制備介電級鈦酸鎂工藝流程（高溫固相反應(yīng)法制備介電級鈦酸鎂工藝流程（A A） 與釩鈦磁鐵礦直接還原制備介電級鈦酸鎂