简介概要

微波加热钛精矿含碳球团制取初级富钛料的研究

来源期刊：稀有金属2006年第1期

论文作者：范兴祥彭金辉雷鹰张世敏黄孟阳张利波孙艳郭胜惠

关键词：微波加热还原; 含碳球团; 初级富钛料;

摘要：基于微波加热的优点和钛精矿良好的吸波性能, 提出了微波加热还原钛精矿含碳球团制取初级富钛料的工艺路线并进行了试验, 发现微波还原的最佳工艺条件: 还原时间为1.5 h, 还原温度为1100～1150 ℃, 复合添加剂的用量为钛精矿的5%. 试验得到了杂质酸溶性好的初级富钛料.

稀有金属 2006,(01),78-81 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2006.01.018

微波加热钛精矿含碳球团制取初级富钛料的研究

彭金辉黄孟阳孙艳张利波范兴祥郭胜惠雷鹰

昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明理工大学材料与冶金工程学院云南昆明650093,云南昆明650093,云南昆明650093,云南昆明650093,云南昆明650093,云南昆明650093,云南昆明650093,云南昆明650093

摘要：

基于微波加热的优点和钛精矿良好的吸波性能, 提出了微波加热还原钛精矿含碳球团制取初级富钛料的工艺路线并进行了试验, 发现微波还原的最佳工艺条件:还原时间为1.5 h, 还原温度为1100¹150℃, 复合添加剂的用量为钛精矿的5%。试验得到了杂质酸溶性好的初级富钛料。

关键词：

微波加热还原;含碳球团;初级富钛料;

中图分类号： TF823

收稿日期：2005-03-15

基金：2003年攀枝花重大攻关资助项目;

Preparation of Primary Titanium Materials form Self-Reduced Pellet of Titanium Concentrate by Microwave Reduction

Abstract：

A new technology for preparing primary titanium materials was studied by microwave heating on the basis of good characteristic of absorbing microwave by titanium concentrate.Experiments were conducted on the flow sheet and the appropriate technological parameters of microwave reduction include high reduction temperature of 1100～1150 ℃, high reduction temperature time of 90 min, the content of additive 5%.Primary titanium materials that is much dissoluble in hydrochloric acid was got under the above condition.

Keyword：

microwave reduction;self-reduced pellet;primary titanium materials;

Received： 2005-03-15

我国攀西地区钒钛磁铁矿探明储量为96.6亿吨, 其中共生的钛资源 (TiO₂) 8.7亿吨, 居世界第一位, 占世界储量的35%、全国的91%。但攀西地区钛精矿中钙、镁含量比其他地区明显偏高 ^[1] , 直接影响钛渣品位的提高。目前采用电炉熔炼法生产的钛渣品位约为80%左右 ^[2] , 且使用的电炉多属非密闭类型, 冶炼温度高, 电耗较大。因此, 寻求新型的加热方式与新的工艺路线具有实际意义。

含碳复合球团在高温下的还原速度较快, 如直径为10～20 mm的球团投入到温度高于900 ℃的反应区, 10～20 min内基本上全部能还原 ^[3] 。中南大学范晓慧等人采用常规加热钛精矿含碳复合球团得到大于74%的富钛料和炼钢用的铁粉, 所需还原时间为210 min ^[4] 。

粉末炭具有良好的吸波性能, -75 mm的炭在一定微波加热的条件下, 6 min可以达到780 ℃ ^[5] 。含碳球团也具有良好的吸波性能, 但缺点是球团强度不高。如在球团内形成铁连晶则有利于提高含碳球团的强度, 而在极短的时间内快速升温有利于铁连晶的形成 ^[6] 。微波加热属于体加热, 通过分子高速转动产生内摩擦热、无热滞后性, 具有加热速度快、内部加热、选择性加热、加热均匀等特点, 并且微波加热还原含碳复合球团达到相同的温度所需时间仅为常规加热的1/4～1/2, 还原速率可提高许多, 投资和生产成本比常规工艺降低15%～50% ^[5,7,8] 。

1 实验

1.1 试验原料

试验采用的钛精矿原料取自攀西某矿, 其化学成分见表1, 微观结构见图1。

由表1可以看出, 攀西地区钛精矿属岩矿类, 且钙镁含量偏高, 属难处理矿物。由图1可以看到钛精矿颗粒结构致密。

1.2 试验装置

还原过程中采用改制的微波加热还原试验装置, 如图2所示。

该试验装置的微波功率为800 W, 微波频率为2450 MHz。

2 结果与讨论

微波加热试验主要进行钛精矿升温特性测定与还原温度、还原时间、添加剂用量等因素对钛精矿球团还原的影响研究, 以确定适宜的还原工艺条件。还原剂采用攀西某厂焦炭和云南某厂椰壳炭化料两种。

表1 钛精矿的主要化学成分

Table 1 Chemical composition of concentrate

成分	TFe	TiO₂	CaO	MgO	MnO	SiO₂	Al₂O₃	其他
含量/%	33.18	47.85	1.56	6.56	0.75	5.6	3.16	1.34

2.1 钛精矿在微波场中的升温曲线测定

微波加热能够进行的基础是被加热的矿物必须属于吸波物质, 据此, 试验前先测定钛精矿在微波场中的升温曲线。在改制的微波加热还原试验装置中测定钛精矿在微波加热条件下的升温速率曲线, 见图3。

从图3可知, 90 g钛精矿在15 min即可达到932 ℃、 30 min时温度则达到1200 ℃, 表明钛精矿具有良好的吸波性能, 为微波加热还原试验提供了技术依据。

2.2 微波加热条件下不同还原方案对TiO2品位的影响

依据添加剂的种类、还原反应条件等因素对铁晶粒长大以及铁钛是否有效分离的影响, 进行不同还原方案对TiO₂品位的研究。方案设计详见表2。

在微波辐射加热下对5个拟定的还原方案进行试验得到的TiO₂品位见图4。由图4得知, 当采用还原方案3时, 还原产物的TiO₂最高, 其品位达到53.98%。

图1 钛精矿的扫描电镜图

Fig.1 SEM photograph of the concentrate

图2 微波加热还原试验装置

Fig.2 Schematic representation of laboratory apparatus

1-炉门; 2-观察孔; 3-谐振腔体; 4-定时器; 5-功率调节器; 6-保温材料; 7-物料; 8-排气网孔; 9-测温系统

与传统加热方式相比, 当采用微波辐射加热时, 方案3不但可以缩短还原时间, 而且还原产物的TiO₂品位也有所提高。

以微波辐射加热还原方案3为基础, 进行复合球团添加剂、还原温度、还原时间等各种因素对铁晶粒长大以及铁钛是否有效分离的影响试验。

2.3 复合球团添加剂用量对二氧化钛品位的影响

在反应温度为1150 ℃、反应时间为1.5 h、内配碳为球团的10%、外配碳为球团的40%时, 添加剂用量与TiO₂品位的关系见图5。可以看出, 在反应时间、温度一定的条件下, 添加剂用量对TiO₂品位有着明显的影响。当添加剂用量由3%增加到5%, Ti/Fe分离效果显著提高; 再增大添加剂用量时, TiO₂品位提高幅度不大。因此, 复合添加剂的用量选择为钛精矿的5%较为适宜。

图3 钛精矿在微波加热条件下的升温曲线

Fig.3 Microwave heating-up curve of composite pellets

(测定的条件: 钛精矿复合球团为90 g; 微波功率为800 W)

表2 添加剂的种类及方案*

Table 2 Variety of additive and experimental plan

	方案1	方案2	方案3	方案4	方案5
复合添加剂组合方式	无	Na₂SO₄, S	Na₂SO₄, NaCl Fe, S	Na₂SO₄	Na₂SO₄, NaCl, Fe

* 复合添加剂内部配比详见专利资料: 专利申请号为200510010853.4

图4 微波加热条件下不同还原方案与产物的二氧化钛品位的关系

Fig.4 Effects of different experimental plan on TiO₂ grade

2.4 微波加热还原条件下不同温度对TiO2品位的影响

在微波加热还原条件下, 当复合添加剂用量为5%、还原时间1.5 h时, 不同温度对TiO₂品位的影响见图6。

由图7可以看出, 当复合添加剂用量为5%、还原时间1.5 h时, 还原温度由1050 ℃升高到1100 ℃, 还原产物的TiO₂的品位提高显著。继续提高温度时, TiO₂的品位提高不大; 兼顾考虑Fe/Ti的分离效果, 还原温度宜在1100～1150 ℃。

2.5 微波辐射加热还原时间对TiO2品位的影响

当固定复合添加剂用量为5%、还原温度为1150 ℃, 微波辐射加热还原时间对钛精矿球团还原产物的TiO₂品位影响见图7。可见当还原时间为1.5时, TiO₂品位已达到52.57%, 延长还原时间, TiO₂品位有所提高。这是因为延长还原时间, 可以促进铁晶粒长大, 有利Fe/Ti分离, 但综合考虑Fe/Ti分离效果及二氧化钛品位, 还原时间选择1.5 h为佳。

图5 添加剂的用量对TiO2的影响

Fig.5 Effects of amount of additive B on TiO₂ grade of reductive pellets

图6 还原温度对二氧化钛品位的影响

Fig.6 Effects of reductive temperature on TiO₂ grade

2.6 还原产品物相分析

图8为还原产品的物相分析图, 其还原温度为1150 ℃, 还原时间为1.5 h, 复合添加剂用量为5%。从图中可以看出, 其主要物相为TiO₂, 还有少量未反应完全的钛精矿和炭。

从图9的 (a) 和 (b) 可以看出, (a) 钛精矿微观形貌图表明钛精矿颗粒表面结构致密; (b) 还原产品微观形貌图表明还原后的样品颗粒表面细孔发达, 结构疏松; 通过两者对比证明新型添加剂在微波辐射还原过程中对钛精矿有改性作用。

2.7 初级富钛料的微波酸浸实验

在微波浸出温度为160 ℃, 浸出液固比为12∶1, 浸出剂浓度为10%, 改性剂用量为10%时, 微波浸出时间对改性含钛料中杂质含量的影响见图10。从图10可以知道: 在150 min时, Fe的浸出率为93.05%, MgO的浸出率为99.79%, CaO为96.96%, 钙镁杂质基本浸出完全, 已可满足氯化沸腾时对富钛料中钙镁的要求。