海滨砂矿直接还原焙烧同步生产钛酸镁的研究

1孙体昌北京科技大学矿物加工工程系[e-mail]1海滨钛磁铁矿的储量及特点3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究5结论主要内容2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果4海滨钛磁铁矿的直接还原同步成钛酸镁1.1海滨钛磁铁矿的储量3海滨砂矿被定义为在海滨地带由河流、波浪、潮汐、潮流和海流作用，使砂质沉积物中的重矿物碎屑富集而形成的矿床。海滨砂矿通常可划分为非金属砂矿、黑色金属砂矿、有色金属砂矿及稀有金属砂矿4大类。世界海滨砂矿资源主要分布在南半球各国的沿海地区。据统计，从事砂矿调查的沿海国家有40多个，已报道探明砂矿储量的国家有近20个。澳大利亚是当今世界上海滨砂矿储量最丰富、开采最发达、工艺技术和工业装备最先进、产品出口量最大的国家。海滨砂矿总储量20.57亿吨，其中矿物的分布为：020000400006000080000100000120000钛铁矿钛磁铁矿磁铁矿锆石金矿石独居石103530824001600022631285255储量（万吨）矿石种类4储量在海滨砂矿中占第二位，但目前利用率较低。1.2海滨钛磁铁矿的特点5分布广泛、储量大、开采方便。原矿铁品位高，但钛品位也高，同时伴生有钛铁矿及少量金红石等有用矿物。缺点：用常规选矿所得铁精矿品位难提高，。1海滨钛磁铁矿的储量及特点3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究5结论主要内容2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果4海滨钛磁铁矿的直接还原同步成钛酸镁实例17得到铁精矿：，回收率86.27%，，回收率87.00%。2海滨钛磁铁矿常规选矿方法及效果简介原矿磨矿弱磁选粗选弱磁选精选铁精矿尾矿实例2原矿TFe含量47.11%，磁性率(FeO/TFe)为47.89%，同时TiO2含量达12.10%，属于含钛磁铁矿矿石。原矿中的铁主要以磁性铁的形式存在，磁性铁占有率为80.58%。主要铁矿物是含钛的钛磁铁矿。8得到的铁精矿：，回收率94.18%，。实例3原矿TFe含量51.77%，TiO2含量达11.57%，属于含钛磁铁矿矿石。且原矿中的铁主要以磁性铁的形式存在。主要铁矿物是含钛的钛磁铁矿。9得到TFe品位58.52%，回收率96.06%，TiO2品位11.93%的含钛铁精矿。精矿尾矿试样磨矿-200目70.00%弱磁选87.58kA/m原矿铁品位/%TiO2品位/%Fe回收率/%实例158.049.2087.00实例360.2812.6294.18实例458.5211.9396.06不同海滨钛钛磁铁矿选别效果对比比较可知：海滨钛磁铁矿选别流程相对比较简单；主要问题是所得铁精矿品位低，钛含量高，钛资源没有得到很好利用；原因是存在于钛磁铁矿中，用一般的选矿方法无法分离。101海滨钛磁铁矿的储量及特点3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究5结论主要内容2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果4海滨钛磁铁矿的直接还原同步成钛酸镁钛磁铁矿原矿弱磁选尾矿，钛富集二段磁选一段磨矿直接还原铁还原焙烧添加剂混合二段磨矿冷却煤123.1目的：以煤为还原剂，对海滨钛磁铁矿进行直接还原焙烧；在焙烧的过程中通过添加剂的作用，使铁还原成金属，钛不还原，然后通过磨矿磁选，使铁进入直接还原铁中，实现钛和铁的分离；钛进入到尾矿中得到富集，实现钛铁分离，可以从尾矿中再回收钛。特点：可以实现海滨钛磁铁矿中铁和钛的分离，使铁和钛分别得到回收利用。13海滨钛磁铁矿化学分析结果3.2试样性质研究来自印尼某海滨砂矿。成分FeTiO2SiO2Al2O3MgO含量/%51.8511.3314.436.863.64成分CaOSO3MnONa2OP2O5含量/%1.090.580.490.420.14成分Cr2O3K2OZnOClZrO2含量/%0.130.10.070.040.01主要矿物：钛磁铁矿、石英、镁铁矿、方镁石等。14海滨钛磁铁矿的颗粒及矿物之间的关系。还原用煤的性质（干燥基）15煤种水分（%）灰分（%）挥发份（%）固定碳（%）全硫（%）烟煤A11.7719.9028.1851.922.15烟煤B10.9546.3623.0030.652.32无烟煤0.904.406.6089.000.24选择3种不同性质的煤为还原剂进行对比试验，考察煤性质的影响可见，3种煤的灰分、固定碳和挥发分都有较大的差别。3.2煤的种类对直接还原效果的影响对铁品位的影响对铁回收率的影响1660708090100010203040TFe回收率/%煤用量/%烟煤A烟煤B无烟煤808284868890010203040TFe品位/%煤用量/%烟煤A烟煤B无烟煤煤的种类对直接还原铁铁指标的影响对铁品位的影响对铁回收率的影响1760708090100010203040TFe回收率/%煤用量/%烟煤A烟煤B无烟煤808284868890010203040TFe品位/%煤用量/%烟煤A烟煤B无烟煤从图中看出：不同种类的煤及用量对还原铁指标的影响规律不同：随烟煤A用量的增加，TFe品位和回收率均逐渐提高；而随烟煤B和无烟煤用量的增加TFe品位下降，而回收率提高；直接还原铁品位都比较低，最高只有87.39%。添加剂对铁品位的影响添加剂对铁回收率的影响183.3添加剂的种类的影响7075808590951000510152025TFe品位/%添加剂用量/%TCNCPNCS808590951000510152025TFe回收率/%添加剂用量/%TCNCPNCS采用3种添加剂，TC、NCP和NCS进行了对比试验。只添加还原剂效果不理想，需要添加剂。添加剂对铁品位的影响添加对铁回收率的影响197075808590951000510152025TFe品位/%添加剂用量/%TCNCPNCS808590951000510152025TFe回收率/%添加剂用量/%TCNCPNCS添加剂对焙烧效果的影响规律不同。随TC用量的增加，铁品位下降，铁回收率上升。添加剂对铁品位的影响添加对铁回收率的影响207075808590951000510152025TFe品位/%添加剂用量/%TCNCPNCS808590951000510152025TFe回收率/%添加剂用量/%TCNCPNCS添加剂对焙烧效果的影响规律不同。随NCP用量的增加，铁品位上升，铁回收率也上升。添加剂对铁品位的影响添加对铁回收率的影响217075808590951000510152025TFe品位/%添加剂用量/%TCNCPNCS808590951000510152025TFe回收率/%添加剂用量/%TCNCPNCS添加剂对焙烧效果的影响规律不同。随NCS用量的增加，铁品位上升，铁回收率下降。是最佳添加剂添加剂对直接还原铁中TiO2含量的影响添加剂对直接还原铁中TiO2含量的影响规律明显不同：添加剂TC用量的增加，直接还原铁中TiO2含量快速上升；而随添加剂NCP和NCS用量的增加，直接还原铁中TiO2含量迅速下降，最低可以达到0.25%；22012345670510152025TiO2品位/%添加剂用量/%TCNCPNCS添加剂可以明显降低直接还原铁中TiO2含量高，较好的实现铁和钛的有效分离，同时NCP和NCS也可以明显提高直接还原铁中铁的品位。0.25添加剂NCS的效果最好。NCS用量对还原铁指标的影响2300.511.522.53707580859095100024681012TFe品位/%NCS用量/%Fe品位Fe回收率TiO2含量可以看出：随着添加剂NCS用量的添加，直接还原铁中铁的品位上升，回收率有所下降；TiO2的含量随NCS用量的增加明显下降；用量为11%时可以降低到0.44%。证明NCS有明显的促进铁钛分离的效果。还进行了焙烧温度、焙烧时间、磨矿磁选的条件试验，确定了最佳条件。海砂矿弱磁选钛富集二段磁选一段磨矿，-0.074mm76.20%直接还原铁还原焙烧1250℃，60minNCS11%混合二段磨矿，-0.074mm75.02%水淬冷却烟煤A30%产率铁品位铁回收率TiO2含量51.7793.4788.730.43最终直接还原铁指标（%）原矿铁品位51.85%，TiO211.33%最佳条件及结果24尾矿TiO2含量升高到23.03%，回收率98.04%，为钛的进一步回收创造了条件。3.4最佳条件及结果25不同NCS用量焙烧矿的电子显微镜观察2%NCS5%NCS8%NCS12%NCS可以看出：3.5机理研究26可以看出：添加不同用量NCS所得焙烧矿中所生成的金属铁的颗粒及与其他矿物的关系也有较大影响。2%NCS12%NCS152025303540455055606570758085DEGFFFCCFFCCDC硫酸钠15%硫酸钠10%2/(°)CAA无硫酸钠硫酸钠5%FCCDFCDFCDCDCCCFFFFDGDDCCCCCCDCDDDAAAAAAAABBEEFFBBBBCCBBGGGGDCFCCDD27不同NCS用量焙烧矿的XRD分析0%NCS5%NCS8%NCS12%NCS主要矿物：A-金属铁(Fe);B-陨硫铁(FeS);C-铁板钛矿(Fe2TiO5);D-钛铁矿(FeTiO3);E-三斜霞石(Na(AlSiO4));F-(Mg2TiO4)152025303540455055606570758085DEGFFFCCFFCCDC硫酸钠15%硫酸钠10%Intensity/cps2/(°)CAA无硫酸钠硫酸钠5%FCCDFCDFCDCDCCCFFFFDGDDCCCCCCDCDDDAAAAAAAABBEEFFBBBBCCBBGGGGDCFCCDD280%NCS5%NCS8%NCS12%NCS主要矿物：金属铁(Fe);B-陨硫铁(FeS);C-铁板钛矿(Fe2TiO5);D-钛铁矿(FeTiO3);E-三斜霞石(Na(AlSiO4);不同NCS用量焙烧矿的XRD分析含钛矿物种类多且多数含铁，造成铁总回收率低。同时钛回收困难。生成FeS，造成产品中硫含量超标。1海滨钛磁铁矿的储量及特点3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究5结论主要内容2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果4海滨钛磁铁矿的直接还原同步成钛酸镁3.6焙烧同时生成Mg2TiO4的研究30-钛磁铁矿（Fe2.75Ti0.25O4）；B-(MgFe2O4)；C-钛铁矿(FeTiO3)；D-石英(SiO2)；E-霞石（铝硅酸钠）；F-辉石(（Fe,Mg）(Si2O6))；G-透辉石(（Ca,Mg）(Si2O6))；H—Ti2O3；I-金属铁(Fe)；J-铁板钛矿(Fe2TiO5)；K-钛铁矿物(FeXTi3-XO4)；L-顽火辉石(MgFeSi2O6)；M-易变辉石(Mg1.08Fe0.92Si2O6)；N-尖晶石(MgAl2O4)2烟煤(a)、无烟煤(b)不同用量时焙烧矿XRD图谱对比钛酸镁的性质和用途：钛酸镁（Mg2TiO4）具有介电损耗低、介电常数温度系数小等特点,被广泛用于高频热补偿电容器、多层陶瓷电容器,引起了各国材料工作者的极大关注；主要用于制备微波陶瓷，是一种新型的陶瓷材料；主要矿物：金属铁(Fe);B-陨硫铁(FeS);C-铁板钛矿(Fe2TiO5);D-钛铁矿(FeTiO3);E-三斜霞石(Na(AlSiO4);1海滨钛磁铁矿的储量及特点3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究5结论主要内容2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果4海滨钛磁铁矿的直接还原同步成钛酸镁钛磁铁矿精矿弱磁选钛酸镁粉体二段磁选一段磨矿直接还原铁还原焙烧含镁化合物混合压球二段磨矿干式磁选还原剂32优势减少其他添加剂同时生成用途更广泛的钛酸镁粉体铁回收率提高没有尾矿，一举两得3.6焙烧同时生成Mg2TiO4的研究338085909510088899091929394051015铁回收率/%铁品位/%M用量/%品位回收率铁回收率达到97%以上随添加剂M用量增加，还原铁中铁品位和回收率都明显提高；说明添加剂中的镁代替铁与钛结合。添加剂M用量试验（焙烧温度1300℃）34添加