海濱砂礦直接還原鈦鐵分離研究進展

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 1主要內(nèi)容主要內(nèi)容u1海濱砂礦的儲量及特點u2海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果u3海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究u4機理研究u5結(jié)論21.1海濱砂礦的儲量 n海濱砂礦被定義為在海濱地帶由河流、波浪、潮汐、潮流海濱砂礦被定義為在海濱地帶由河流、波浪、潮汐、潮流和海流作用，使砂質(zhì)沉積物中的重礦物碎屑富集而形成的礦和海流作用，使砂質(zhì)沉積物中的重礦物碎屑富集而形成的礦床。床。n海濱砂礦通?？蓜澐譃楹I砂礦通常可劃分為非金屬砂礦、非金屬砂礦、黑色金屬砂礦黑色金屬砂礦、有色、有色金屬砂礦及稀有金屬砂礦金屬砂礦及稀有金屬砂礦4 4大類大類。n

2、世界海濱砂礦資源主要分布在南半球各國的沿海地區(qū)。世界海濱砂礦資源主要分布在南半球各國的沿海地區(qū)。n澳大利亞是當(dāng)今世界上海濱砂礦儲量最豐富、開采最發(fā)達澳大利亞是當(dāng)今世界上海濱砂礦儲量最豐富、開采最發(fā)達、工藝技術(shù)和工業(yè)裝備最先進、產(chǎn)品出口量最大的國家。、工藝技術(shù)和工業(yè)裝備最先進、產(chǎn)品出口量最大的國家。n據(jù)統(tǒng)計，從事砂礦調(diào)查的沿海國家有據(jù)統(tǒng)計，從事砂礦調(diào)查的沿海國家有4040多個，已報道探明多個，已報道探明砂礦儲量的國家有近砂礦儲量的國家有近2020個。個。3海濱砂礦總儲量海濱砂礦總儲量2371323713萬噸，其按礦物的分布為：萬噸，其按礦物的分布為：10353082400160002263128

3、5255020000400006000080000100000120000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居石獨居石儲量（萬噸）儲量（萬噸）礦石種類礦石種類4鈦磁鐵礦儲量占第二位，但目前利用率較低。鈦磁鐵礦儲量占第二位，但目前利用率較低。u分布廣泛、礦種齊全、儲量大、開采方便、選礦簡分布廣泛、礦種齊全、儲量大、開采方便、選礦簡易、生產(chǎn)成本低及產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點；易、生產(chǎn)成本低及產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點；u目前在海底礦產(chǎn)資源的開發(fā)中，海濱砂礦的產(chǎn)值僅目前在海底礦產(chǎn)資源的開發(fā)中，海濱砂礦的產(chǎn)值僅次于海底石油和天然氣，是增加礦產(chǎn)資源儲量最具潛次于海底石油和天然氣，是增加礦產(chǎn)資

4、源儲量最具潛力的資源之一。力的資源之一。u隨著陸地礦物資源的日趨減少、枯竭，開發(fā)利用海隨著陸地礦物資源的日趨減少、枯竭，開發(fā)利用海洋礦物資源顯得越來越重要。洋礦物資源顯得越來越重要。u海濱鈦磁鐵礦海濱鈦磁鐵礦的特點是原礦鐵品位高，但鈦品位也的特點是原礦鐵品位高，但鈦品位也高，同時伴生有釩、鈦鐵礦、金紅石等有用礦物。高，同時伴生有釩、鈦鐵礦、金紅石等有用礦物。u缺點是所得鐵精礦鐵品位低，而鈦品位高，影響鐵缺點是所得鐵精礦鐵品位低，而鈦品位高，影響鐵精礦的利用，鐵精礦中的鈦也難利用。精礦的利用，鐵精礦中的鈦也難利用。1.2 海濱砂礦的特點5主要內(nèi)容主要內(nèi)容u1海濱砂礦的儲量及特點u2海濱鈦磁鐵礦的

5、常規(guī)選礦方法及結(jié)果u3海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究u4機理研究u5結(jié)論6實例1u印度尼西亞海岸的某海濱砂礦。u有用礦物主要為釩鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦和褐鐵礦。u原礦Fe品位30.52%，TiO2品位4.78%。主要的選礦流程是磨礦-磁選工藝。7p得到TFeTFe品位品位58.04%58.04%，回收率，回收率86.27%86.27%，TiOTiO2 2品位品位9.20%9.20%，回收率87.00%的含鈦鐵精礦。2 海濱鈦磁鐵礦常規(guī)選礦方法及效果簡介實例2u原礦TiO2和Fe分別為6.38%和21.91%。u主要鐵礦物是含鈦的鈦磁鐵礦和鈦赤鐵礦，含少量鈦鐵礦、褐鐵礦、金紅石和白鈦石；u

6、脈石礦物主要是輝石和石英，含少量角閃石。u選礦采用比較復(fù)雜的聯(lián)合流程處理，分別回收鐵精礦和鈦鐵礦精礦。89p鐵精礦：TFeTFe品品位位56.27%56.27%，回收，回收率率63.95%63.95%，TiOTiO2 2品位品位13.51%13.51%。p鈦精礦：鈦精礦： TiO2品位46.91%、回收率為22.42%實例3u原礦TFe含量47.11%，磁性率(FeO/TFe)為47.89%，同時TiO2含量達12.10%，屬于含鈦磁鐵礦的海濱砂礦。u且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。10p得到TFeTFe品位品位60.28%60.2

7、8%，回收率，回收率94.18%94.18%，TiOTiO2 2品位品位12.62%12.62%的的含鈦鐵精礦。實例4u原礦TF品位51.77%，TiO2含量達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。11p得到TFeTFe品位品位58.52%58.52%，回收率，回收率96.06%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實例 鐵品位/% TiO2品位/% Fe回收率/% 實例158.04 58.04 9.20

8、 9.20 87.00 87.00 實例256.2756.2713.5113.5163.9563.95實例3 60.28 60.28 12.62 12.62 94.18 94.18 實例458.5258.5211.9311.9396.0696.06不同海濱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，鈦含量高，鈦資源沒有得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；到很好利用；原因是有相當(dāng)部分鈦以類質(zhì)同象形式存在于鈦磁鐵礦中，原因是有相當(dāng)部分鈦以類質(zhì)同象形式存在于鈦磁鐵礦中，用一般的選礦方法無法實

9、現(xiàn)鐵和鈦的分離。用一般的選礦方法無法實現(xiàn)鐵和鈦的分離。12主要內(nèi)容主要內(nèi)容u1海濱砂礦的儲量及特點u2海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果u3海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究u4機理研究u5結(jié)論13砂礦砂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水淬冷卻水淬冷卻煤煤14目的：u以煤為還原劑，對海濱鈦磁鐵礦進行直接還原焙燒；u在焙燒的過程中通過還原劑和在焙燒的過程中通過還原劑和添加劑的共同作用，使鐵還原成添加劑的共同作用，使鐵還原成金屬鐵，鈦不還原，然后進行磨金屬鐵，鈦不還原，然后進行磨礦磁選，使鐵

10、進入直接還原鐵中，礦磁選，使鐵進入直接還原鐵中，得到高品位的直接還原鐵；得到高品位的直接還原鐵；u鈦進入到尾礦中得到富集，實鈦進入到尾礦中得到富集，實現(xiàn)鈦鐵分離，可以從尾礦中再回現(xiàn)鈦鐵分離，可以從尾礦中再回收鈦。收鈦。特點：特點：u可以實現(xiàn)海濱鈦磁鐵礦中鐵和可以實現(xiàn)海濱鈦磁鐵礦中鐵和鈦的分離，使鐵和鈦分別得到回鈦的分離，使鐵和鈦分別得到回收。收。15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3.13.1試樣性質(zhì)試樣性質(zhì)來自印尼某海濱砂礦。來自印尼某海濱砂礦。成分成分FeTiO2SiO2Al2O3MgO含量含量/%51.8511.3314.436.863.64成分成分CaOSO3MnONa

11、2OP2O5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、鎂鐵礦、方鎂石等。、石英、鎂鐵礦、方鎂石等。16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）17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A11.7719.9028.1851.922.15煙煤煙煤B10.9546.3623.0030.652.32無煙煤無煙煤0.904.406.6089.00

12、0.24選擇3種不同性質(zhì)的煤為還原劑進行對比試驗，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1860607070808090901001000 01010202030304040TFeTFe回收率回收率/%/%煤用量煤用量/%/%煙煤A煙煤B無煙煤8080828284848686888890900 01010202030304040TFeTFe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

13、品位的影響對鐵回收率的影響對鐵回收率的影響19從圖中看出：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，最高只有直接還原鐵品位都比較低，最高只有87.39%87.39%。煤種對直接還原鐵中煤種對直接還原鐵中TiOTiO2 2含量的影響含量的影響煤種對直接還原鐵中TiO2含量的影響規(guī)律也不同：隨煙煤A用量的增加，直接還原鐵中TiO2含量下降；而煙煤B和無煙煤用量增加會使直接還原鐵中TiO2含量升高所有煤所的直接還原鐵中TiO2的含量都高于1%，最高可以達到

14、5%以上。200 01 12 23 34 45 56 67 70 01010202030304040TiO2TiO2品位品位/%/%煤用量煤用量/%/%煙煤煙煤A A煙煤煙煤B B無煙煤無煙煤只添加還原劑還原可以得到較高的鐵回收率，但直接還原鐵只添加還原劑還原可以得到較高的鐵回收率，但直接還原鐵中鐵品位低，中鐵品位低， TiO2含量高，不能實現(xiàn)鐵和鈦的有效分離。含量高，不能實現(xiàn)鐵和鈦的有效分離。5.27煙煤煙煤A A的效果最好的效果最好。說明還原過程中對煤質(zhì)的說明還原過程中對煤質(zhì)的要求不高要求不高。以后試驗選擇煙煤以后試驗選擇煙煤A A為還原劑為還原劑添加劑對鐵品位的影響添加劑對鐵品位的影響添

15、加劑對鐵回收率的影響添加劑對鐵回收率的影響213.33.3添加劑添加劑的種類的影響7070757580808585909095951001000 05 51010151520202525TFeTFe品位品位/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS80808585909095951001000 05 51010151520202525TFeTFe回收率回收率/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS采用采用3 3種添加劑，種添加劑，TCTC、NCPNCP和和NCSNCS進行了對比試驗。進行了對比試驗。只添加還原劑效果不理想，需要添加劑。只添加

16、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22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23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的影響24添加劑

17、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。用量的增加，鐵品位上升，鐵回收率下降。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，最低可以達到0.25%；250 01 12 23 34 45 56 67 70 05 51010151520202525TiOTiO2 2品位品位/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTC

18、NCPNCPNCSNCS添加添加劑可以明顯降低直接還原鐵中添加添加劑可以明顯降低直接還原鐵中 TiO2含量，含量，較好的較好的實現(xiàn)鐵和鈦的有效分離，同時實現(xiàn)鐵和鈦的有效分離，同時NCPNCP和和NCSNCS也可以明顯提高直接也可以明顯提高直接還原鐵中鐵的品位。還原鐵中鐵的品位。0.25添加劑添加劑NCSNCS的效果最好，且比較便宜。的效果最好，且比較便宜。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260 00.50.51 11.51.52 22.52.53 37070757580808585909095951001000 02 24 46 68 810101212TiO2TiO2

19、品位品位/%/%TFeTFe品位品位/%/%NCSNCS用量用量/%/%FeFe品位品位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用量的添用量的添加，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有明顯的促進鐵有明顯的促進鐵鈦分離的效果。鈦分離的效果。p還進行了焙燒溫度、焙燒還進行了焙燒溫度、焙燒時間、磨礦磁選的條件試驗

20、時間、磨礦磁選的條件試驗，確定了最佳條件。，確定了最佳條件。海砂礦海砂礦弱磁選弱磁選尾礦尾礦二段磁選二段磁選一段磨礦，一段磨礦，-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 ，60min60minNCS 11%NCS 11%混合混合二段磨礦，二段磨礦，-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 TiO2TiO2含量含量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

21、品位51.85%，TiO211.33%最佳條件及結(jié)果27尾礦TiO2含量升高23.03%，回收率98.04%，為鈦的進一步回收創(chuàng)造了條件。3 3.4.4最佳最佳條件及結(jié)果條件及結(jié)果主要內(nèi)容主要內(nèi)容u1海濱砂礦的儲量及特點u2海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果u3海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究u4機理研究u5結(jié)論284.機理研究29可以看出：添加不同用量可以看出：添加不同用量NCSNCS所得焙燒礦中的礦物組成有明顯的不同，并且有些所得焙燒礦中的礦物組成有明顯的不同，并且有些礦物在礦物在XRDXRD數(shù)據(jù)庫中沒有找到完全對應(yīng)的礦物；數(shù)據(jù)庫中沒有找到完全對應(yīng)的礦物；說明說明NCSNCS對焙燒過程的影響比較復(fù)雜，具體礦物組成變化需要進一步深入研究。對焙燒過程的影響比較復(fù)雜，具體礦物組成變化需要進一步深入研究。4.14.1不同不同NCSNCS用量焙燒礦的用量焙燒礦的XRDXRD分析分析2%NCS5%NCS8%NCS12%NCS304.2 4.2 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%NCS8%NCS12%NCS可以看出：添加不同用量可以看出：添加不同用量NCSNCS所得焙燒礦的結(jié)構(gòu)也有明顯的不同。所得焙燒礦的結(jié)構(gòu)也有明顯的不同。31n可以看出：添加不同用量NCS所得焙燒礦中所生成的金