一种梯度还原分离回收钒钛磁铁矿中铁和钒钛资源的方法技术

本发明专利技术公开了一种梯度还原分离回收钒钛磁铁矿中铁和钒钛资源的方法。该方法以CH4‑

【技术实现步骤摘要】
一种梯度还原分离回收钒钛磁铁矿中铁和钒钛资源的方法


[0001]本专利技术涉及冶金
，具体涉及一种梯度还原低温氯化分离回收钒钛磁铁矿中铁和钒钛的方法。

技术介绍

[0002]钛是一种非常重要的结构金属。我国是一个钛资源大国，但90％以上的钛资源都是以钒钛磁铁矿的形式存在于四川攀西地区。攀西钒钛磁铁矿是铁、钒、钛共生且伴生有钴、铬、镍、钪、镓、铜、硒、碲、铂等十几种稀有贵重金属的复合型矿石，具有极高的综合利用价值，其TiO2品位为7.82％～15.78％，V2O5品位为0.28％～0.39％。攀西钒钛磁铁矿因其复杂的矿物组成及元素赋存状态，目前难以对其全部有价元素进行充分利用，尤其是对铁、钒、钛资源的同时回收利用。
[0003]攀西钒钛磁铁矿一般会经过多次选矿流程得到钒钛磁铁精矿和钛精矿，钒钛磁铁矿中约54％的TiO2都进入钒钛磁铁精矿中。钒钛磁铁精矿可通过“高炉炼铁—转炉炼钢提钒渣—钠化提钒”流程回收其中的铁、钒元素，但钒钛磁铁精矿中的钛元素会进入炉渣中形成含TiO
2 25％左右的含钛高炉渣，目前仍未得到有效的利用，只能大量堆积于渣场。此外，钒钛磁铁矿还可以通过还原
‑
磨选法在固态条件下进行选择性还原，将其中的铁氧化物充分还原为金属铁，而钒钛氧化物仍保持不变，然后经过磨选、磁选等流程分选成铁粉精矿和富钒钛料，再对富钒钛料进行处理提取钒钛资源。但还原
‑
磨选法对还原球团金属化率要求较为严苛(≥90％)，因此还原温度高，还原时间长，矿石中的钒钛氧化物也会被部分还原，后续金属铁与富钒钛料的分离率较低。同时，还原
‑
磨选法得到的铁粉精矿杂质含量较多，需要进入电炉进行熔炼提纯，产品的附加值较低。
[0004]针对富钛料或富钒钛料的后续提纯，目前最理想的方法是通过氯化法选择性回收其中的钒钛资源。相比于硫酸浸出工艺，氯化法具有流程短、可连续化生产、规模大、“三废”排放少、产品性质好等优势。但传统的沸腾氯化温度较高(800℃以上)，对原料的质量要求也较高，而由攀西钒钛磁铁矿冶炼得到的富钒钛料，其CaO、SiO2、MgO等杂质含量较高，高温氯化过程中这些杂质氧化物极易被氯化形成低熔点氯化物，导致反应器堵塞，增加氯气消耗，降低氯化产物纯度。熔盐氯化法虽然对富钛料的杂质含量要求比较宽松，但氯化尾渣无法处理，环境污染较大，同时对设备要求较高，操作复杂，不适合工业大型化生产。
[0005]近些年提出的低温氯化工艺(400～600℃)虽然能避免钙镁杂质的氯化，实现钒钛元素的选择性氯化，但是其原料为钒钛的碳氮化物(Ti(C,N)、V(C,N))，因此需要对富钒钛料先进行还原
‑
碳氮化处理。传统的还原
‑
碳氮化过程一般采用C做还原剂和碳化剂，碳氮化后的富钒钛料中会有部分C残留，Ti(C,N)、V(C,N)在低温氯化过程中也会有C产生，而在氯化过程中过多的C会促进钙镁等杂质的氯化，这会显著降低低温氯化速率以及制备得到的氯化产物纯度。低温氯化工艺对原料中的Fe含量也有较为严格的要求，金属铁在低温氯化过程中也会被氯化形成低熔点的FeCl3，过多的FeCl3也会影响低温氯化过程。同时，低温选择性氯化的温度虽然低于CaO和MgO等杂质氧化物的氯化温度，但是纯Ti(C,N)和V(C,N)的
氯化过程是一个强烈放热过程，这会导致氯化过程中局部反应区间温度过高，使得钙镁等杂质发生氯化。因此，在制备低温氯化原料的过程中，如果能降低原料中的碳含量，可在低温氯化过程中避免钙镁等杂质的氯化，将有效提高对钒钛资源的低温氯化效率，降低工艺成本。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种低温氯化效率高，氯化杂质少的回收钒钛磁铁矿中铁和钒钛的方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种梯度还原分离回收钒钛磁铁矿中铁和钒钛资源的方法，包括如下步骤：
[0008]S1：将钒钛磁铁矿精矿进行磨选后得到粒径为0.1
‑
0.15mm的粉末原料，然后对此粉末原料在还原气氛下进行低温选择性还原，还原温度为570～700℃，还原时间为2～3h，还原气氛为CH4‑
H2‑
N2，所述还原气氛中各气体的体积占比为：CH4为4～10％，H2为72～96％，N2为0～20％；
[0009]S2：将S1得到的还原
‑
碳氮化产物球磨至0.074mm以下，对球磨后的物料进行磁选分离，分别得到磁性物料和富钒钛料；
[0010]S3：将S2中得到的富钒钛料进行还原
‑
碳氮化处理，还原温度为1000～1100℃，还原时间为3～4h，还原气氛为CH4‑
H2‑
N2混合气体；
[0011]S4：将S3中得到的还原
‑
碳氮化产物破碎至1mm以下，并进行低温氯化，氯化温度为280～450℃，氯化时间为1～2h，氯化后得到氯化产物和氯化尾渣。
[0012]作为改进，所述S1中的磨选后得到的粉末原料先进行干燥处理，所述干燥处理的温度为100～200℃，保温时间为4h。
[0013]作为改进，所述S2中的富钒钛料为非磁性物质，磁选分离过程中Fe3C的分离率≥95％。
[0014]作为改进，所述S3中的CH4‑
H2‑
N2中各气体的体积占比为：CH4为4～10％，N2为12～16％，H2为74～80％。
[0015]作为改进，所述S4中的还原
‑
碳氮化产物即低温氯化原料中含钛物相和含钒物相为Ti(C,N,O)和V(C,N,O)，且物相中O/(C+N)≥2，产物中不含沉积碳。
[0016]相对于现有技术，本专利技术至少具有如下优点：
[0017]1.传统的还原
‑
磨选法中碳热还原反应温度高，还原时间长，碳排放高，同时会将矿石中的钒钛氧化物部分还原，无法实现钒钛磁铁矿中铁与钒钛资源的梯度选择性还原；钒钛的碳化物均带有弱磁性，致使后续铁相组分的磁选分离率较低，同时分离得到的富钒钛料杂质相较多，含有一定量的金属铁和固体碳，难以直接用于高温沸腾氯化或低温选择性氯化流程回收其中的钒钛资源。本专利技术方法可以在较低温度下将钒钛磁铁矿中铁氧化物选择性并可控还原为Fe3C，矿石中的钒钛氧化物则保持不变。相比于还原
‑
磨选法得到的铁粉精矿，Fe3C产品附加值高，用于电炉熔炼可显著降低电炉能耗，整个低温选择性还原过程环保清洁，无CO2排放，尾气可回收利用，并且能通过磁选较好地将Fe3C与富钒钛料分离；同时，还能在更低温度下(相比与传统碳热还原)对分离得到的富钒钛料进行还原
‑
碳氮化处理，然后用于后续的低温选择性氯化流程回收其中的钒钛资源，实现钒钛磁铁矿中铁和钒
钛资源的梯度还原和分离回收。
[0018]2.传统的氯化工艺是加碳高温沸腾氯化，在氯化过程中CaO和MgO等杂质氧化物也会随之氯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度还原分离回收钒钛磁铁矿中铁和钒钛资源的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将钒钛磁铁矿精矿进行磨选后得到粒径为0.1
‑
0.15mm的粉末原料，然后对此粉末原料在还原气氛下进行低温选择性还原，还原温度为570～700℃，还原时间为2～3h，还原气氛为CH4‑
H2‑
N2，所述还原气氛中各气体的体积占比为：CH4为4～10％，H2为72～96％，N2为0～20％；S2：将S1得到的还原
‑
碳氮化产物球磨至0.074mm以下，对球磨后的物料进行磁选分离，分别得到磁性物料和富钒钛料；S3：将S2中得到的富钒钛料进行还原
‑
碳氮化处理，还原温度为1000～1100℃，还原时间为3～4h，还原气氛为CH4‑
H2‑
N2混合气体；S4：将S3中得到的还原
‑
碳氮化产物破碎至1mm以下，并进行低温氯化，氯化温度为280～450℃，氯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：党杰，张润，吕学伟，邱贵宝，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：