一种制备人造金红石的方法

摘要

本发明提供了一种制备人造金红石的方法。所述方法包括以下步骤：对经氧化强还原处理得到的改性钛铁矿进行三段浸出，其中，第一段浸出采用第二段浸出完成后得到的浸出液与改性钛原料混合浸出，第二段浸出采用第三段浸出完成后得到的浸出液与第一段浸出后所得固相物混合反应，第三段采用新配置的质量百分浓度为18～36%的盐酸与第二段浸出后的固相物混合反应，最后经过滤、洗涤和干燥获得品位为90～95wt%的高品位人造金红石。本发明的方法以钛铁矿为原料制备得到二氧化钛含量达到90～95wt%的高品位、低杂质含量的人造金红石产品，而且减少了废酸的产生，达到节能降排的目的。

权利要求

1.一种制备人造金红石的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对钛铁矿进行氧化和还原处理，得到改性钛原料，其中，所述氧化处理的氧化温度为

900～1100℃，所述还原处理的还原温度为800～1000℃；

对改性钛原料进行常压浸出，其中，所述对改性钛原料进行常压浸出的步骤包括：第一次生产时采用以下方式进行浸取，将质量百分浓度为18～36％的盐酸与改性钛原料在80～110℃的温度条件下反应180～360min，得到第一段浸出液和第一段浸出固体物料；将所述第一段浸出固体物料再用质量百分浓度为18～36％的盐酸在80～110℃的温度条件下浸出120～180min，得到第二段浸出液和第二段浸出固体物料；

第一次生产之后的生产过程中采用以下方式进行浸取，将改性钛原料与第一段浸取液混合进行第一段浸出，得到第一段浸出液和第一段浸出固体物料；将所述第一段浸出固体物料与第二浸取液混合进行第二段浸出，得到第二段浸出液和第二段浸出固体物料；将所述第二段浸出固体物料与新配置的盐酸混合进行第三段浸出，得到第三段浸出液和第三段浸出固体物料，所述新配置的盐酸的质量百分浓度为18～36％；其中，第二次生产时所采用的第一段浸取液为所述第一次生产得到的第一段浸出液，第二段浸取液为所述第一次生产得到的第二段浸出液；第二次之后的生产过程所采用的第一段浸取液为上一次生产所得的第二段浸出液，第二段浸取液为上一次生产所得的第三段浸出液；

所述第一次生产所得的第二段浸出固体物料或者所述第一次生产之后的生产过程所得的第三段浸出固体物料经过滤、洗涤和干燥得到人造金红石产品；

在所述第一次生产之后的生产过程中，所述第一段浸出、所述第二段浸出以及所述第三段浸出的浸出温度均为70～110℃，浸出时间均为30～180min。

2.根据权利要求1所述的制备人造金红石的方法，其特征在于，在所述第一次生产之后的生产过程中，所述第一段浸出所用的改性钛原料与所述第三段浸出所用的新配置的盐酸的重量比为5～50％。

3.根据权利要求1所述的制备人造金红石的方法，其特征在于，所述钛铁矿中二氧化钛含量为44～60wt％、TFe含量为32.50～34.63wt％、FeO含量为34.09～37.74wt％，粒度为60～200目。

4.根据权利要求1所述的制备人造金红石的方法，其特征在于，所述人造金红石产品中二氧化钛含量为90～95wt％。

5.根据权利要求1所述的制备人造金红石的方法，其特征在于，在氧化性气氛富余

30～50％条件下进行所述氧化处理，然后在还原性气氛富余30～50％条件下进行还原处理。

6.根据权利要求1所述的制备人造金红石的方法，其特征在于，所述氧化温度为950～

1000℃，所述还原温度为850～950℃。

7.根据权利要求1所述的制备人造金红石的方法，其特征在于，所述氧化和还原处理是在流态化条件下进行地。

8.根据权利要求1所述的制备人造金红石的方法，其特征在于，所述过滤步骤采用固液分离设备进行过滤。

9.根据权利要求1所述的制备人造金红石的方法，其特征在于，改性钛铁矿中包含TFe

32.50～34.63wt％，FeO 38.17～41.39wt％和TiO244～60wt％，所述改性钛原料的粒度为60～200目。

说明书

一种制备人造金红石的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钛白制备领域，更具体地讲，涉及一种盐酸法制备人造金红石的工艺。

背景技术

[0002] 金红石名称起源于拉丁语，是一种二氧化钛为主要成分的矿石，所含的二氧化钛晶体属四方晶系。金红石主要用于提取钛和制造白色颜料，是重要工业原料，应用于冶金、化学工业等领域。天然金红石储量最大国家是澳大利亚，其次是南非、印度、塞拉比克、乌克兰等。目前全球已探明金红石储量仅4200万t。这远远不能满足人们的需求，进而人们采用不同的工艺制备人造金红石来代替天然金红石，目前全球主要国家的人造金红石产量已经超过天然金红石。

发明内容

[0003] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

[0004] 本发明的目的之一在于提供一种在制备人造金红石的方法，以较好的浸出钛原料中的杂质（例如，铁、钙、镁、锰、铝）使钛较佳的富集，并减低浸出过程中产生的废酸量，达到节能降排的目的。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种制备人造金红石的方法。所述方法包括以下步骤：对钛铁矿进行氧化和还原处理，得到改性钛原料，其中，所述氧化处理的氧化温度为900～1100℃，所述还原处理的还原温度为800～1000℃；对改性钛原料进行常压浸出，其中，所述对改性钛原料进行常压浸出的步骤包括：

[0006] 第一次生产时采用以下方式进行浸取，将质量百分浓度为18～36%的盐酸与改性钛原料在80～110℃的温度条件下反应180～360min，得到第一段浸出液和第一段浸出固体物料；将所述第一段浸出固体物料再用质量百分浓度为18～36%的盐酸在80～110℃的温度条件下浸出120～180min，得到第二段浸出液和第二段浸出固体物料。

[0007] 第一次生产之后的生产过程中采用以下方式进行浸取，将改性钛原料与第一段浸取液混合进行第一段浸出，得到第一段浸出液和第一段浸出固体物料；将所述第一段浸出固体物料与第二浸取液混合进行第二段浸出，得到第二段浸出液和第二段浸出固体物料；将所述第二段浸出固体物料与新配置的盐酸混合进行第三段浸出，得到第三段浸出液和第三段浸出固体物料，所述新配置的盐酸的质量百分浓度为18～36%；其中，第二次生产时所采用的第一段浸取液为所述第一次生产得到的第一段浸出液，第二段浸取液为所述第一次生产得到的第二段浸出液；第二次之后的生产过程所采用的第一段浸取液为上一次生产所得的第二段浸出液，第二段浸取液为上一次生产所得的第三段浸出液；所述第一次生产所得的第二段浸出固体物料或者所述第一次生产之后的生产过程所得的第三段浸出固体物料经过滤、洗涤和干燥得到人造金红石产品。

[0008] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，在所述第一次生产之后的生产过程中，所述第一段浸出、所述第二段浸出以及所述第三段浸出的浸出温度均为70～110℃，浸出时间均为30～180min。

[0009] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，在所述第一次生产之后的生产过程中，所述第一段浸出所用的改性钛原料与所述第三段浸出所用的新配置的盐酸的重量比为5～50%。

[0010] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，所述钛铁矿中二氧化钛含量为44～60wt%、TFe含量为32.50～34.63wt%、FeO含量为34.09～37.74wt%，粒度为60～
200目。

[0011] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，所述人造金红石产品中二氧化钛含量为90～95wt%。

[0012] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，在氧化性气氛富余30～50%条件下进行所述氧化处理，然后在还原性气氛富余30～50%条件下进行还原处理。

[0013] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，优选地，所述氧化温度为950～1000℃，所述还原温度为850～950℃。

[0014] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，所述氧化和还原处理是在流态化条件下进行地。

[0015] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，所述过滤步骤采用固液分离设备进行过滤。

[0016] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，所述方法还包括对所述人造金红石产品进行磁选的步骤。

[0017] 根据本发明制备人造金红石的方法的一个实施例，改性钛铁矿中包含TFe32.50～34.63wt%，FeO38.17～41.39wt%和TiO244～60wt%，所述改性钛原料的粒度为60～200目。

[0018] 与现有技术相比，本发明能以钛铁矿为原料制备二氧化钛含量达到90～95wt%的高品位、低杂质含量的人造金红石产品，而且减少废酸的产生，达到节能降排的目的。

具体实施方式

[0019] 在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的制备人造金红石的方法。

[0020] 根据本发明示例性实施例的制备人造金红石的方法，包括以下步骤：

[0021] （1）在流态化反应器中对钛铁矿进行强氧化和强还原处理，得到改性钛原料（即改性钛铁矿）。其中，钛铁矿可以为钛铁岩矿、钛铁砂矿等，例如，本示例所处理的钛铁矿包含TFe32.50～34.63wt%，TiO244～60wt%，、FeO34.09～37.74wt%，SiO22.71～3.49wt%，并且钛铁矿的粒度为60～200目。钛铁矿的矿相是以钛铁矿为主，通常用偏钛酸亚铁FeTiO3表示。

[0022] 其中，钛铁矿加入流态化反应器内在氧化剂（例如，空气）形成的流态化区域内发生氧化反应，在氧化处理过程中，控制氧化反应温度为900～1100℃，氧化性气氛富裕30%～50%。在上述氧化反应温度范围内进行氧化处理的主要目的是将钛铁矿物相进行转化，具体地，使铁元素向颗粒表面移动，转化后的物相在浸出过程中表现出网状金红石结构，金红石物相不溶于盐酸，在浸出过程中仍在固体物相中，可溶性的杂质元素如镁、钙、铁等进入液相中，达到二氧化钛与杂质元素镁、钙、铁等的分离，钛得以富集成人造金红石；若氧化反应温度大于1100℃，则超过了物相转化温度另外对设备造成破坏且浪费能源，若氧化反应温度小于900℃则没有达到物相转化温度，在改性钛精矿后续浸出时会产生粉化现象。优选地，氧化反应温度为950～1000℃。

[0023] 氧化性气氛富于30～50%为强氧化性气氛，其是指在将钛铁矿完全氧化所需要的3
空气量基础上增加30～50%的空气量，例如，完全氧化需要7m的空气那么氧化性气氛富
3 3
余30%就是要用9.1m的空气，氧化性气氛富余50%就是用10.5m 的空气。在强氧化性气氛条件下进行氧化反应可以使钛铁矿正常流态化有利于物料与空气的接触提高氧化速率和氧化率。

[0024] 还原处理是使氧化处理后的钛铁矿在还原剂（例如，CO、H2等）的形成的还原性气氛流态区域内发生还原反应，在还原处理过程中，控制还原反应温度为800～1000℃，还原性气氛富裕30～50%。在上述还原反应温度范围内进行还原处理的目的是将在氧化反应过程中氧化的铁元素还原成低价铁利于后续浸出，提高浸出速率；若还原反应温度大于1000℃，则增加设备成本且造成能源浪费，若还原反应温度小于850则还原率低，影响产品品位。优选地，还原反应温度为850～950℃。

[0025] 还原性气氛富于30～50%为强还原性气氛，其是指将氧化处理后的钛铁矿中的三价铁还原为二价铁所需的还原剂的理论加入量基础上增加30～50%。

[0026] 另外，本示例的强氧化和强还原处理是在流态化条件下进行地，采用流态化技术可以进行连续作业，流态化技术颗粒与流体间的相对作用频繁因此传质和传热效率高且能胜任条件苛刻的反应。

[0027] 在本示例中，所得改性钛铁矿中包含TFe(全铁)32.50～34.63wt%，FeO38.17～41.39wt%和TiO244～60wt%，其粒度为60～200目。

[0028] （2）对改性钛原料进行三段浸出，具体地：

[0029] 第一段浸出：将改性钛原料与上一批改性钛原料的第二段浸出液混合并加热，保温温度要求在70～110℃，保温时间30～180min，得到第一段浸出液（或称为浸出母液）和第一段浸出固体物料。

[0030] 第二段浸出：将第一段浸出所得固体物料与上一批改性钛原料的第三段浸出液混合并加热，保温温度要求在70～110℃，保温时间30～180min，得到第二段浸出液和第二段浸出固体物料。

[0031] 第三段浸出：将第二段浸出所得固体物料与新配置的盐酸混合并加热，保温温度要求在70～110℃，保温时间30～180min，得到第三段浸出液和第三段浸出固体物料。

[0032] 其中，第一段浸出反应加入的改性钛原料与第三段浸出反应加热的新配置的盐酸按重量比为5～50%；本申请所说的新配置的盐酸是指质量百分浓度为18～36%的盐酸；浸出过程可以为常压浸出。

[0033] （3）第三段浸出所得固体物料经过滤、洗涤和干燥最终得到人造金红石产品，人造金红石产品二氧化钛含量90～95wt%。其中，所述过滤步骤采用固液分离设备进行过滤，例如真空带式过滤机、板框过滤等。干燥温度可以为450℃～600℃，干燥3～8h。本申请不进行磁选处理人造金红石产品品位即可以达到90～95wt%，如果加上磁选步骤其品位可以再上升2个百分点。

[0034] 本发明采用三段浸出改性钛原料，改性钛原料中的钙、镁、铁等杂质与盐酸反应并进入盐酸溶液，钛元素留在固体中达到富集钛的目的，根据本发明的方法所得产品品位高，并且浸出过程中浸出液循环利用，节约盐酸的用量，为酸再生减少压力。另外，保证三段浸出的浸出时间和温度，取得最佳的制备效果，且不会产生不利影响。

[0035] 另外，若是首次生产，即是对第一批改性钛原料进行处理时，上述步骤（2）只采用两段浸出，具体地：

[0036] 第一段浸取：首先用新配置的盐酸与改性钛原料在80～110℃的温度条件下反应180～360min，得到第一段浸出液和第一段浸出固体物料。其中，第一段浸出液应用于下一次生产的第一段浸出作浸取液。

[0037] 第二段浸出：第一段浸取所得的固体物料再用新配盐酸在80～110℃的温度条件下浸出120～180min，得到第二段浸出液和第二段浸出固体物料。其中，所得的第二段浸出液应用于下一次生产的第二段浸出作浸取液。第二段浸出所得的固体物料直接进行过滤、洗涤和干燥得到人造金红石产品。

[0038] 为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

[0039] 示例1

[0040] 本示例所处理的钛铁矿的主要化学成分为二氧化钛含量为45wt%、TFe（全铁）含量为32.50wt%、FeO含量为34.09wt%，粒度为60～200目。

[0041] 将钛铁矿加入流态化反应器中进行强氧化和强还原处理，其中，钛铁矿的加料量3
为1.2吨/小时，氧化处理时，控制氧化反应温度为950℃，空气的通入量为188m；还原处
3
理时，控制还原反应温度为950℃，还原煤气的通入量为150m。所得改性钛铁矿的成分及粒度见表1。

[0042] 表1改性钛铁矿组分及粒度

[0043]

[0044] 称量5t改性钛铁矿在不断搅拌的条件下加入到上一批改性钛精矿的第二段浸出完成后得到的浸出液中，进行常压浸出，升温至70℃，保温30min完成第一段浸出；第一段浸出所得固相物在不断搅拌的条件下加入到上一批改性钛精矿的第三段浸出完成后所得的浸出液中，进行常压浸出，升温至110℃，保温120min完成第二段浸出；第二段浸出所得固相物在不断搅拌的条件下加入到54m3工业盐酸配加40m3水得到的质量浓度为20%的盐酸溶液中，进行常压浸出，升温到80℃，保温180min完成第三段浸出，过滤、洗涤和干燥获得人造金红石，经检测所得人造金红石的品位为92wt%，并且CaO含量0.421%，MgO含量0.255%，MnO含量0.025%，SiO2含量4.12%，Al2O3含量0.254%，Fe2O3含量1.35%。

[0045] 示例2

[0046] 本示例所处理钛铁矿二氧化钛含量为53wt%、TFe含量为34.63wt%、FeO含量为37.74wt%，粒度为60～200目。

[0047] 将钛铁矿加入流态化反应器中进行强氧化和强还原处理，其中，钛铁矿的加料量3
为1.5吨/小时，氧化处理时，控制氧化反应温度为980℃，空气的通入量为254m；还原处
3
理时，控制还原反应温度为850℃，还原煤气的通入量为162m。所得改性钛铁矿成分及其粒度见表2。

[0048] 表2改性钛铁矿组分及粒度

[0049]

[0050] 称量8t改性钛铁矿在不断搅拌的条件下加入到上一批改性钛铁矿的第二段浸出完成后得到的浸出液中进行常压浸出，升温到110℃，保温180min完成第一段浸出；第一段浸出所得固相物在不断搅拌的条件下加入到上一批改性钛铁矿的第三段浸出完成后得到的浸出液中进行常压浸出，升温到70℃，保温30min完成第二段浸出；第二段浸出所得固相物在不断搅拌的条件下加入到5m3工业盐酸配加3m3水所得的质量浓度为22%的盐酸溶液中进行常压浸出，升温到110℃，保温30min完成第三段浸出，过滤、洗涤和干燥获得人造金红石，经检测，所得人造金红石的品位为93wt%，并且CaO含量0.419%，MgO含量0.257%，MnO含量0.025%，SiO2含量3.12%，Al2O3含量0.245%，Fe2O3含量1.359%。

[0051] 示例3

[0052] 本示例所处理钛铁矿二氧化钛含量为44wt%、TFe含量为33wt%、FeO含量为36.45wt%，粒度为60～200目。

[0053] 将钛铁矿加入流态化反应器中进行强氧化和强还原处理，其中，钛铁矿的加料量为2.0吨/小时，氧化处理时，控制氧化反应温度为980℃，空气的通入量为360m3；还原处理时，控制还原反应温度为860℃，还原煤气的通入量为234m3。所得改性钛铁矿成分及其粒度见表3。

[0054] 表3改性钛铁矿组分及粒度

[0055]

[0056] 称量10t改性钛铁矿在不断搅拌的条件下加入到上一批改性钛铁矿的第二段浸出完成后所得的浸出液中进行常压浸出，升温到90℃，保温120min完成第一段浸出；第一段浸出所得固相物在不断搅拌的条件下加入到上一批改性钛铁矿的第三段浸出完成后所得的浸出液中，进行常压浸出，升温到90℃，保温180min完成第二段浸出；第二段浸出所得3 3
固相物在不断搅拌的条件下加入到28m工业盐酸配加2m 水所得的质量浓度为浓度30%的盐酸溶液中，进行常压浸出，升温到70℃，保温120min完成第三段浸出，过滤、洗涤和干燥获得人造金红石，经检测，所得人造金红石的品位为90wt%，并且CaO含量0.664%，MgO含量
0.544%，MnO含量0.027%，SiO2含量4.78%，Al2O3含量0.269%，Fe2O3含量2.14%。

[0057] 示例4

[0058] 本示例所处理钛铁矿二氧化钛含量为57wt%、TFe含量为34wt%、FeO含量为37.12wt%，粒度为60～200目。

[0059] 将钛铁矿加入流态化反应器中进行强氧化和强还原处理，其中，钛铁矿的加料量3
为2.0吨/小时，氧化处理时，控制氧化反应温度为1000℃，空气的通入量为360m；还原处
3
理时，控制还原反应温度为900℃，还原煤气的通入量为234m。所得改性钛铁矿成分及粒度见表4。

[0060] 表4改性钛铁矿组分及粒度

[0061]

[0062] 称量20t改性钛铁矿在不断搅拌的条件下加入到上一批改性钛铁矿的第二段浸出完成后所得的浸出液中进行常压浸出，升温到100℃，保温60min完成第一段浸出；第一段浸出所得固相物在不断搅拌的条件下加入到上一批改性钛铁矿的第三段浸出完成后所得的浸出液中，进行常压浸出，升温到100℃，保温60min完成第二段浸出；第二段浸出所得3
固相物在不断搅拌的条件下加入到36m工业盐酸配加14m水浓度所得的质量浓度为26%的盐酸溶液中，进行常压浸出，升温到100℃，保温60min完成第三段浸出，过滤、洗涤和干燥获得人造金红石，经检测，所得人造金红石的品位为95wt%，并且CaO含量0.341%，MgO含量
0.267%，MnO含量0.019%，SiO2含量2.51%，Al2O3含量0.242%，Fe2O3含量1.20%。

[0063] 示例5

[0064] 本示例所处理钛铁矿二氧化钛含量为54wt%、TFe含量为32.8wt%、FeO含量为36.89wt%，粒度为60～200目。

[0065] 将钛铁矿加入流态化反应器中进行强氧化和强还原处理，其中，钛铁矿的加料量3
为2.0吨/小时，氧化处理时，控制氧化反应温度为990℃，空气的通入量为336m；还原处
3
理时，控制还原反应温度为870℃，还原煤气的通入量为218m。所得改性钛铁矿成分及粒度见表5。

[0066] 表5改性钛铁矿组分及粒度

[0067]