阅读说明：本技术 一种利用钛铁矿生产高品位富钛料的制备工艺及系统 (Preparation process and system for producing high-grade titanium-rich material by utilizing ilmenite ) 是由 王雄 曾强 刘笃光 于 2020-08-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用钛铁矿生产高品位富钛料的制备工艺及系统,属于化工冶金领域,该工艺步骤如下：将钛铁矿精矿放入第一回转窑中,然后添加还原剂和脱硫剂进行一次还原得到还原料；将尾气依次通过高温旋风除尘,油气分离器,罗茨风机和气柜,最后将还原气体输送到第二回转窑中；将还原料冷却,然后通过筛分机和磁选机去除杂质,得到纯净粒度均匀的钛铁镶嵌物；送入第二回转窑中进行二次还原得到还原料；冷却,再依次进行磨选和磁选得到铁产品和富钛料。该工艺对于原料选料没有限制,设备故障率低,尾气处理简单,环保节能,且得到的铁产品的金属化率达到98%以上,富钛料的二氧化钛品味＞90%,其中颗粒目数、密度也达到产品要求。(The invention discloses a preparation process and a system for producing a high-grade titanium-rich material by utilizing ilmenite, belonging to the field of chemical metallurgy, and the process comprises the following steps: putting ilmenite concentrate into a first rotary kiln, and then adding a reducing agent and a desulfurizing agent for primary reduction to obtain a reduced material; the tail gas is sequentially subjected to high-temperature cyclone dust removal, an oil-gas separator, a Roots blower and a gas holder, and finally the reducing gas is conveyed into a second rotary kiln; cooling the reducing material, and then removing impurities through a sieving machine and a magnetic separator to obtain a ferrotitanium inlay with uniform pure granularity; sending the mixture into a second rotary kiln for secondary reduction to obtain a reducing material; cooling, and then sequentially carrying out grinding and magnetic separation to obtain an iron product and a titanium-rich material. The process has no limitation on raw material selection, low equipment failure rate, simple tail gas treatment, environmental protection and energy conservation, the metallization rate of the obtained iron product reaches more than 98 percent, the titanium dioxide taste of the titanium-rich material is more than 90 percent, and the particle mesh number and the density also reach the product requirements.)

一种利用钛铁矿生产高品位富钛料的制备工艺及系统

技术领域

本发明属于化工冶金领域，具体涉及一种利用钛铁矿生产高品位富钛料的制备工艺及系统。

背景技术

目前世界上90%以上的钛铁矿用于生产钛白，约4-5%的钛矿用于生产金属钛，其余钛矿用于制造电焊条、合金、碳化物、陶瓷、玻璃和化学品等。我国的钛资源储量非常丰富，但主要的钛铁矿中金红石矿甚少。我国钛矿主要由广东、广西、海南、云南和四川攀枝花开采生产，主要产品是钛铁矿精矿，也有少量的金红石精矿。由于钛铁矿精矿的品位较低，通常经过富集处理获得高品位的富钛料（高钛渣或人造金红石），才能进行下一步的处理。

电炉熔炼法是一种成熟的富钛料制备方法，工艺比较简单，副产品金属铁可以直接利用，电炉煤气可以回收利用，三废较少，工厂占地面积小，是一种比较高效的冶炼方法。电炉熔炼法可得到TiO₂含量为80%左右的高钛渣，作为下一步处理（如酸浸法或氯化法）的原料。但由于电炉熔炼法属于高温冶金，能耗高是其固有的特点，生产1吨高钛渣，大约需要3000kWh的电能，而实际上将铁从钛铁矿中还原出来所需的化学能量仅在500kWh左右，即能量的有效利用率仅在17%左右，非常低；其二、电炉熔炼法使用冶金焦或石油焦作还原剂，存在一定的环境污染。

内热式的还原回转窑也是一种成熟的富钛料制备方法，该方法中，煤不但是还原剂，还充当燃料，整个过程温度控制是通过风机变频和煤粉的加入量来控制，还原温度控制1180℃，温差为±30℃，铁的金属化率为92%，后续工艺一般采用锈蚀法。该方法工艺成熟，但是对于原料有严格的要求，二氧化钛的含量需要＞50%，设备维护维修成本高，同时能源采用的是煤，尾气处理系统庞大，投资和占地面积较大。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用钛铁矿生产高品位富钛料的制备工艺，该工艺对于原料选料没有限制，设备故障率低，尾气处理简单，环保节能，且得到的铁产品的金属化率达到98%以上，富钛料的二氧化钛品味＞90%，其中颗粒目数、密度也达到产品要求。

为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用钛铁矿生产高品位富钛料的制备工艺，具体工艺步骤如下：

步骤1、一次还原：按质量百分比计，将62-85%钛铁矿精矿放入第一回转窑中，然后添加14-35%还原剂和1-3%脱硫剂进行一次还原，一次还原温度控制900-1150℃，保温1-3h后得到还原料，第一回转窑窑内压力控制至≥+2mm水柱，CO/CO2浓度比＞90%，出气口氧含量≤5000ppm；

步骤2、尾气处理：将经步骤1还原过程中产生的尾气依次通过高温旋风除尘，油气分离器，罗茨风机和气柜，最后将气柜中留下的还原气体和惰性气体通过管道输送到第二回转窑中；

步骤3、筛分、磁选：将步骤1得到的还原料冷却至60℃以下，然后通过筛分机和第一磁选机去除杂质，得到纯净粒度均匀的钛铁镶嵌物；

步骤4、二次还原：将步骤3得到的钛铁镶嵌物通过管道送入第二回转窑中进行二次还原，温度控制在1150-1250℃，保温1-3h后得到还原料，第二回转窑窑内压力控制为0-+6mm水柱，出气口氧含量≤1000ppm；

步骤5、磨选、磁选：将步骤4得到的还原料冷却至60℃以下，再通过磨选机和第二磁选机依次进行磨选和磁选得到铁产品和富钛料。

进一步地，所述步骤1加入的钛铁矿精矿中二氧化钛含量≥30%。

进一步地，所述步骤1中的还原剂为烟煤、褐煤、兰炭中的一种；脱硫剂为石灰。

进一步地，所述步骤1得到的还原料中铁的金属化率为80-96%。

进一步地，所述步骤2中尾气包含水蒸气、焦油、粉尘以及CO、H₂、CO₂还原气体和惰性气体。

进一步地，所述步骤3中的杂质是低熔点的无机物、煤粉和非导磁物。

进一步地，所述步骤3得到的钛铁镶嵌物是金属铁镶嵌在钛金属内部的金属颗粒，其中钛铁含量≥96%，低熔点的无机物＜1%。

进一步地，所述步骤1和步骤4进行还原的热源为电加热，气氛为还原绝氧气氛

进一步地，所述步骤5得到的富钛料品质要求是：二氧化钛品味＞90%、60-160目筛数的颗粒占90%以上，密度≥2.4kg/cm³。

本发明还提供了一种利用钛铁矿生产高品位富钛料的制备工艺的制备系统，包括：第一回转窑，第二回转窑；所述第一回转窑的出料端依次通过筛分机、第一磁选机后输送至第二回转窑的进料端，第一回转窑内气体通过气管依次与旋风除尘器、油气分离器、罗茨风机后与气柜连通；所述第二回转窑的出料端通过磨选机、第二磁选机后出料；所述气柜通过管路与第二回转窑内部连通用以供气。

进一步地，所述第一回转窑、第二回转窑包括：窑体、窑体内绕水平轴转动的滚筒、以及窑体内用以给滚筒加热的加热组件。

本发明的有益效果是：（1）本发明工艺对于原料选料没有限制，设备故障率低，尾气处理简单，环保节能，且得到的铁产品的金属化率达到98%以上，富钛料的二氧化钛品味＞90%，其中颗粒目数、密度也达到产品要求，即60-160目筛数的颗粒占90%以上，密度≥2.4kg/cm³；

（2）本发明在一次还原过程中，采用低温还原工艺，且用电加热方式对温度进行精准控制，控制还原温度在低熔点无机物的熔点以下，致使低熔点无机物不易熔化，避免回转窑发生结圈现象，也使得在选择原料时范围更广泛，没有特殊限制；在还原反应中，铁元素还原成单质铁和一氧化碳，并通过净化后输送至第二回转窑中作为二次还原的还原剂，这样不仅有效回收利用产生的尾气，起到节能环保的作用，还能在二次高温还原中直接进行气固反应，反应时间快，使第二回转窑也避免了发生结圈现象；

（3）本发明在一次还原后通过筛分和磁选，将低熔点的无机物、煤粉和非导磁物与铁钛分离，这样进一步得到了纯净粒度均匀的钛铁镶嵌物，且防止后续在第二回转窑中进行二次还原发生结圈现象；

（4）本发明采用二次高温还原，镶嵌在二氧化钛内部的金属铁晶粒在高温下长大，致使金属铁和二氧化钛容易分离，经过简单的磨选就能使钛铁镶嵌物磨开，再经简单磁选就能使两者彻底分开分别得到铁产品和富钛料，故此，还原料不需要破碎和造球，也不需要研磨，不影响产品的粒度，确保得到的富钛料60-160目筛数的颗粒占90%以上，密度≥2.4kg/cm³。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明实施例的制备系统的布局示意图；

图2为本发明图1中回转窑的侧视剖面结构示意图。

图中：1、第一回转窑；2、第二回转窑；3、筛分机；4、第一磁选机；5、旋风除尘器；6、油气分离器；7、罗茨风机；8、气柜；9、磨选机；10、第二磁选机；11、窑体；12、滚筒；13、加热组件。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

下述实施例和对比例中所用的钛铁矿精矿及成分如下所示：

表1 进口钛铁矿各组分含量

表2 攀西钛铁矿各组分含量

实施例1：

按质量百分比计，把78%进口钛铁矿、20%烟煤和2%石灰依次加入第一回转窑中混合均匀，一次还原温度控制在1150℃，保温1h后得到还原料，窑炉氧含量为4000ppm，炉压为+4mm水柱，CO/CO₂浓度比为94%，冷却至60℃以下后，经筛分、磁选去除低熔点的无机物、煤粉和非导磁物，得到纯净粒度均匀的钛铁镶嵌物；产生的水蒸气、焦油、粉尘以及CO、H₂、CO₂还原气体和惰性气体依次通过高温旋风除尘，油气分离器，罗茨风机和气柜，最后将气柜中留下的还原气体和惰性气体通过管道输送到第二回转窑中；然后在第二回转窑中进行二次还原，还原温度为1250℃，保温1h后得到还原料，窑炉氧含量为500ppm，炉压为+2mm水柱，冷却至60℃以下，再通过磨选机和第二磁选机依次进行磨选和磁选得到铁产品和富钛料；所有还原的热源为电加热，气氛为还原绝氧气氛。

实施例2：

按质量百分比计，把62%进口钛铁矿、35%烟煤和3%石灰依次加入第一回转窑中混合均匀，一次还原温度控制在900℃，保温3h后得到还原料，窑炉氧含量为5000ppm，炉压为+3mm水柱，CO/CO₂浓度比为95%，冷却至60℃以下后，经筛分、磁选去除低熔点的无机物、煤粉和非导磁物，得到纯净粒度均匀的钛铁镶嵌物；产生的水蒸气、焦油、粉尘以及CO、H₂、CO₂还原气体和惰性气体依次通过高温旋风除尘，油气分离器，罗茨风机和气柜，最后将气柜中留下的还原气体和惰性气体通过管道输送到第二回转窑中；然后在第二回转窑中进行二次还原，还原温度为1150℃，保温3h后得到还原料，窑炉氧含量为700ppm，炉压为+6mm水柱，冷却至60℃以下，再通过磨选机和第二磁选机依次进行磨选和磁选得到铁产品和富钛料；所有还原的热源为电加热，气氛为还原绝氧气氛。

实施例3：

按质量百分比计，把70%攀西钛铁矿、27%烟煤和3%石灰依次加入第一回转窑中混合均匀，一次还原温度控制在1050℃，保温2h后得到还原料，窑炉氧含量为5000ppm，炉压为+3mm水柱，CO/CO₂浓度比为94%，冷却至60℃以下后，经筛分、磁选去除低熔点的无机物、煤粉和非导磁物，得到纯净粒度均匀的钛铁镶嵌物；产生的水蒸气、焦油、粉尘以及CO、H₂、CO₂还原气体和惰性气体依次通过高温旋风除尘，油气分离器，罗茨风机和气柜，最后将气柜中留下的还原气体和惰性气体通过管道输送到第二回转窑中；然后在第二回转窑中进行二次还原，还原温度为1250℃，保温2h后得到还原料，窑炉氧含量为500ppm，炉压为+2mm水柱，冷却至60℃以下，再通过磨选机和第二磁选机依次进行磨选和磁选得到铁产品和富钛料；所有还原的热源为电加热，气氛为还原绝氧气氛。

实施例4：

按质量百分比计，把85%攀西钛铁矿、14%烟煤和1%石灰依次加入第一回转窑中混合均匀，一次还原温度控制在900℃，保温3h后得到还原料，窑炉氧含量为4000ppm，炉压为+2mm水柱，CO/CO₂浓度比为93%，冷却至60℃以下后，经筛分、磁选去除低熔点的无机物、煤粉和非导磁物，得到纯净粒度均匀的钛铁镶嵌物；产生的水蒸气、焦油、粉尘以及CO、H₂、CO₂还原气体和惰性气体依次通过高温旋风除尘，油气分离器，罗茨风机和气柜，最后将气柜中留下的还原气体和惰性气体通过管道输送到第二回转窑中；然后在第二回转窑中进行二次还原，还原温度为1200℃，保温2h后得到还原料，窑炉氧含量为1000ppm，炉压为0mm水柱，冷却至60℃以下，再通过磨选机和第二磁选机依次进行磨选和磁选得到铁产品和富钛料；所有还原的热源为电加热，气氛为还原绝氧气氛。

将上述实施例得到的富钛料进行化学成分检测，与原料钛铁矿进行对比，对比结果如表3所示。

表3

将上述实施例得到的富钛料进行物理技术指标检测，检测结果如表4所示。

表4

从表3和表4中可以看出，本发明利用钛铁矿生产富钛料工艺对于原料选料没有限制，设备故障率低，尾气处理简单，环保节能，且得到的铁产品的金属化率达到98%以上，富钛料的二氧化钛品味＞90%，其中颗粒目数、密度也达到产品要求，即60-160目筛数的颗粒占90%以上，密度≥2.4kg/cm³。

实施例5：

如图1-2所示，本发明还提供了一种利用钛铁矿生产高品位富钛料的制备工艺的制备系统，包括：第一回转窑1，第二回转窑2；所述第一回转窑1的出料端依次通过筛分机3、第一磁选机4后输送至第二回转窑2的进料端，第一回转窑1内气体通过气管依次与旋风除尘器5、油气分离器6、罗茨风机7后与气柜8连通；所述第二回转窑2的出料端通过磨选机9、第二磁选机10后出料；所述气柜8通过管路与第二回转窑2内部连通用以供气。

具体地，钛铁矿、烟煤和石灰依次加入第一回转窑1中，进行一次还原，产生的CO、H₂、CO₂还原气体和惰性气体依次通过旋风除尘器5（除去粉尘），油气分离器6（除去焦油等液态物质），罗茨风机7后进入气柜8存储起来，第一回转窑1内固态料冷却后，经筛分机3，第一磁选机4后，去除低熔点的除去无机物、煤粉和非导磁物，得到纯净粒度均匀的钛铁镶嵌物；最后将气柜8中的还原气体通过管道输送到第二回转窑2中；然后钛铁镶嵌物上料给第二回转窑2中进行二次还原，再通过磨选机9和第二磁选机10依次进行磨选和磁选得到铁产品和高品位富钛料；所有还原的热源为电加热，气氛为还原绝氧气氛。

优选地，所述第一回转窑1、第二回转窑2结构相同，都包括：窑体11、窑体11内绕水平轴转动的滚筒12、以及窑体11内用以给滚筒12加热的加热组件13，为电加热组件，温度准确控制。滚筒12内壁上沿其轴线方向还设有扬板，防止结料。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员理解和使用本发明。熟悉本领域的技术人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。