人造金紅石的主要生產(chǎn)方法

原 理

還原銹蝕法是一種選擇性除鐵的方法以，首先將鈦鐵礦中鐵的氧化物經(jīng)固相還原為金屬鐵，然后用電解質(zhì)水溶液將還原鈦鐵礦中的鐵銹蝕并分離出去，使TiO2富集成人造金紅石。這種方法是澳大利亞研究成功的，現(xiàn)在澳大利亞西方鈦公司已建成了年產(chǎn)能力達(dá)79萬(wàn)噸銹蝕法人造金紅石的工廠。銹蝕法生產(chǎn)人造金紅石包括氧化焙燒、還原、銹蝕、酸浸、過(guò)濾和干燥等主要工序。銹蝕法生產(chǎn)人造金紅石工藝流程如圖1所示。

②氧化焙燒,澳大利亞在研究和工業(yè)化初期，還原之前進(jìn)行預(yù)氧化焙燒處理，所用原料是半風(fēng)化的鈦鐵礦(TiO2含量為54%~55%，F(xiàn)e3+/Fe2+=0.6~1.2)。預(yù)氧化焙燒的目的是為了減少在固相還原過(guò)程中礦物的燒結(jié)。鈦鐵礦預(yù)氧化生成高鐵板鈦礦和金紅石：

4FeTiO3+O2===2Fe2TiO5+2TiO2

但是現(xiàn)在工業(yè)化生產(chǎn)中，已取消了預(yù)氧化工序。

澳大利亞的氧化焙燒是在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，以燃油為燃料，窯中最高溫度為1030℃。在空氣中進(jìn)行氧化焙燒，先把鈦鐵礦中的Fe2+氧化為Fe3+，氧化是不完全的，一般仍含有3%~7%的FeO.將氧化礦冷卻至600℃左右，即進(jìn)入還原窯。

③還原，鈦鐵礦的還原是在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，采用煤作還原劑和燃料，澳大利亞利用本地廉價(jià)的次煙煤，物料經(jīng)氧化后，鈦鐵礦中的鐵得到活化，可提高還原速率和還原率，并可防燒結(jié)。還原溫度控制在1180~1200℃，由于溫度>1030℃時(shí)，固體碳即生成CO，CO在第一階段將Fe3+還原為Fe2+，第二階段將Fe2+還原為Fe，并伴隨有部分TiO2被還原。要防止空氣進(jìn)入而引起金屬鐵被氧化。還原可使93%~95%的鐵還原為金屬鐵。當(dāng)溫度超過(guò)1200℃時(shí)，則會(huì)發(fā)生礦物的嚴(yán)重?zé)Y(jié)而使回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈。窯內(nèi)溫度是通過(guò)調(diào)節(jié)加煤速度和通風(fēng)速度而控制的。其反應(yīng)式如下：

Fe2O3·TiO2+3C===2Fe+TiO2+3CO

Fe2O3·TiO2+2CO===FeO·TiO2+Fe+2CO2

FeO·TiO2+CO===Fe+TiO2+CO2

為了減少錳雜質(zhì)對(duì)還原過(guò)程的干擾，澳大利亞在還原過(guò)程中加入一定量的硫作催化劑，使礦中的MnO優(yōu)先生成硫化物，減少錳對(duì)鈦鐵礦還原的影響，而所生成錳的硫化物，可在其后的酸浸過(guò)程中溶解而除去，從而可提高產(chǎn)品的TiO2品位。

從還原窯卸出的還原礦，溫度高達(dá)1140~1170℃，必須將其冷卻至70~80℃，方可進(jìn)行篩分和磁選脫焦，分離出煤灰和余焦而獲得還原鈦鐵礦。

④銹蝕，銹蝕過(guò)程是一個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程，是在含1%NH4C1或鹽酸水溶液的電解質(zhì)溶液中進(jìn)行。銹蝕是放熱反應(yīng)，溫度可升高到80℃。還原鈦鐵礦顆粒內(nèi)的金屬鐵微晶相當(dāng)于原電池的陽(yáng)極，顆粒外表相當(dāng)于陰極。在陽(yáng)極，F(xiàn)e失去電子變成Fe2+離子進(jìn)入溶液：

Fe一2e→Fe2+

在陰極區(qū)，溶液中的氧接受電子生成OH-離子：

2H2O+O2+4e→4OH-

顆粒內(nèi)溶解下來(lái)的Fe2+離子，沿著微孔擴(kuò)散到顆粒外表面的電解質(zhì)溶液中，同時(shí)通入空氣使之進(jìn)一步氧化生成水合氧化鐵細(xì)粒沉淀：

所生成的水合氧化鐵粒子特別小，根據(jù)它與還原礦的物性差別，可將它們從還原礦的母體中分離出來(lái)，獲得富鈦料。

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