供稿|聶文林 / NIE Wen-lin

我國(guó)釩鈦磁鐵礦分布廣泛，資源儲(chǔ)量超過100億t[1]，其中已探明儲(chǔ)量達(dá)98.3億t，絕大部分釩鈦磁鐵礦分布于基性巖體中，主要分布于四川攀西(攀枝花-西昌)地區(qū)、河北承德、陜西洋縣、湖北鄖陽、襄陽地區(qū)、山東臨沂、廣東興寧等地區(qū)[2-4]。

鈦渣是由鈦礦資源經(jīng)過電爐或高爐冶煉后得到的含鈦渣，因此可分為高爐渣和電爐渣。高爐冶煉具有比電爐冶煉成本低的優(yōu)勢(shì)，但技術(shù)水平相對(duì)較低，會(huì)在生產(chǎn)過程中引入大量外來雜質(zhì)，導(dǎo)致生成的冶煉渣中雜質(zhì)含量高，因此主要用于煉鐵；而電爐冶煉電耗高，但其設(shè)備處理能力大，副產(chǎn)品為生鐵，渣中引入外來雜質(zhì)少，因此廣泛用于鈦鐵礦的冶煉。高爐鈦渣主要是鈦磁鐵礦在高爐煉鐵產(chǎn)生的冶煉渣，渣中TiO2含量較低難以利用，一般品位【知識(shí)小貼士】小于25%[5-6]。

攀枝花鈦資源儲(chǔ)量巨大，但超過一半以釩鈦磁鐵礦形式存在，且Ca、Mg、Si等雜質(zhì)含量高，開發(fā)利用難度大，目前僅將選鐵后得到的鈦鐵礦精礦作為鈦精礦加以利用。而釩鈦磁鐵礦只能作為煉鐵原料，每年我國(guó)釩鈦磁鐵礦精礦冶煉過程中產(chǎn)生的高爐渣多達(dá)幾百萬噸，大量鈦損失于高爐渣中，由于高爐渣中鈦難以利用，目前均作為廢棄物堆放。

為了提高我國(guó)釩鈦磁鐵礦的綜合利用水平，有關(guān)人員研究了通過直接還原后再用電爐或其他非高爐設(shè)備熔分得到金屬鐵和含鈦量較高的含鈦電爐渣。電爐渣中TiO2品位可達(dá)45%以上，這為綜合利用鈦渣中的鈦提供了可能。但電爐渣中鈦含量仍大幅低于以鈦鐵礦為原料制備的高鈦渣，且雜質(zhì)含量高，物相組成也與傳統(tǒng)高鈦渣具有較大差異，難以酸解[7]。

釩鈦磁鐵礦電爐渣硫酸酸浸過程

針對(duì)釩鈦磁鐵礦電爐渣酸解率低等問題，研究了一種酸解鈦渣的方法，既提高了鈦渣中鈦的提取率，又減少了廢酸的排放，為難酸解鈦渣提供了一種較為經(jīng)濟(jì)環(huán)保的酸解方法。釩鈦磁鐵礦電爐渣硫酸高效酸浸工藝流程如圖1所示，具體步驟為：

圖1 釩鈦磁鐵礦電爐渣硫酸高效酸浸工藝流程圖

(1)鈦渣細(xì)磨：將鈦渣磨細(xì)至直徑＜45 μm的顆粒所占的比例大于90%；

(2)一次酸解、熟化：將步驟(1)得到的細(xì)磨鈦渣，按酸礦質(zhì)量比(1.5:1)～(2.2:1)加入濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為85%～95%的濃硫酸，混合均勻后進(jìn)行酸解，酸解溫度為220～260 ℃，酸解固化前保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，酸解固化后繼續(xù)在200～240 ℃溫度下熟化2 h；

(3)一次水浸：將步驟(2)得到的固態(tài)酸解產(chǎn)物用1%～10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的濃縮廢酸稀釋液進(jìn)行浸出，水浸后通過過濾得到濾液和酸解渣I；

(4)二次酸解、熟化：向步驟(3)得到的酸解渣I中按酸礦質(zhì)量比(2:1)～(4:1)加入濃縮廢酸進(jìn)行二次酸解，濃縮廢酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%，酸解溫度為220～260 ℃，酸解固化前保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，酸解固化后繼續(xù)在200～240 ℃溫度下熟化2 h；

(5)二次水浸：將步驟(4)得到的固態(tài)酸解產(chǎn)物用1%～10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的濃縮廢酸稀釋液進(jìn)行浸出，水浸后通過過濾得到濾液和酸解渣II；

(6)酸解濾液濃縮、過濾：將一次和二次酸解、水浸后過濾得到的濾液合并后進(jìn)行濃縮，濃縮過程中部分雜質(zhì)析出，再通過過濾將析出物濾出，得到鈦液；

(7)鈦液水解和水解廢酸濃縮、過濾：將一次和二次酸解、水浸后過濾得到的濾液合并后進(jìn)行濃縮，濃縮過程中部分雜質(zhì)析出，將析出物濾出，得到鈦液，然后將得到的鈦液水解，水解后將水解產(chǎn)物偏鈦酸濾出，再將水解后的廢酸通過加熱蒸發(fā)水分進(jìn)行濃縮，濃縮至硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于40%后停止加熱，待溫度降至室溫后進(jìn)行過濾，將析出物過濾出來，得到濃縮廢酸，濃縮廢酸返回至步驟(3)、(4)、(5)中繼續(xù)利用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

釩鈦磁鐵礦電爐渣與一次硫酸酸浸渣及二次硫酸酸浸渣主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 釩鈦磁鐵礦電爐渣與硫酸酸浸渣的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖2 釩鈦磁鐵礦電爐渣XRD圖譜

從表1可以看出，釩鈦磁鐵礦電爐渣中鋁、硅、鎂等雜質(zhì)含量高，二氧化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅58.18%，遠(yuǎn)低于以鈦鐵礦為原料制備出的高鈦渣。圖2釩鈦磁鐵礦電爐渣的XRD分析表明，渣中含鈦礦物主要為黑鈦石(MxTi3?xO5)，雜質(zhì)礦物主要為透輝石、鎂鋁尖晶石等。在硫酸酸解浸出釩鈦磁鐵礦電爐渣過程中，雖然通過降低電爐渣粒度、提高硫酸與電爐渣質(zhì)量比、提高反應(yīng)溫度等措施能提高渣中鈦的酸解浸出率，但僅通過一次酸解浸出，一次硫酸酸浸渣中二氧化鈦的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為14.99%，鈦的提取率仍低于傳統(tǒng)高鈦渣。圖3一次硫酸酸浸渣的XRD分析也表明仍有部分黑鈦石未反應(yīng)。而將一次硫酸酸浸渣經(jīng)過二次酸解浸出后得到的二次硫酸酸浸渣中二氧化鈦含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))僅3.14%，比目前高鈦渣硫酸酸浸渣中二氧化鈦含量還低(一般大于5%)，圖4二次硫酸酸浸渣XRD圖譜中未能檢測(cè)出黑鈦石成分，表明渣中黑鈦石基本反應(yīng)完全。

圖3 一次硫酸酸浸渣XRD圖譜

圖4 二次硫酸酸浸渣XRD圖譜

因此，通過加強(qiáng)釩鈦磁鐵礦電爐渣酸解條件對(duì)提高鈦的提取率具有一定的效果，而采用二次酸解浸出則能進(jìn)一步提高鈦的提取率，并且酸浸渣中二氧化鈦含量比傳統(tǒng)高鈦渣中的還低，最終達(dá)到釩鈦磁鐵礦電爐渣硫酸高效酸浸的效果。同時(shí)，通過采用濃縮水解廢酸對(duì)酸解渣I進(jìn)行二次酸解，既提高了鈦渣中鈦的提取率，又減少了廢酸的排放，為難酸解鈦渣提供了一種較為經(jīng)濟(jì)環(huán)保的酸解的方法。

結(jié)束語

本文介紹了一種新型釩鈦磁鐵礦電爐渣硫酸高效酸浸方法，通過加強(qiáng)硫酸酸解條件并采用廢酸進(jìn)行二次酸浸，其最終得到的酸浸渣中黑鈦石基本反應(yīng)完全，酸浸渣中二氧化鈦含量(3.14%)低于高鈦渣硫酸酸浸渣。該工藝能夠大幅提高釩鈦磁鐵礦電爐渣中鈦的提取率，為難酸解鈦渣提供了一種較為經(jīng)濟(jì)環(huán)保的硫酸高效酸浸方法。

知識(shí)小貼士

品位是礦石和選礦產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標(biāo)，它直接影響選礦效率。品位一般是指礦石中有用成分的含量，礦石品位一般以有用成分(元素或化合物)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)表示。但是，原生貴金屬礦以每噸礦石中含有的貴金屬(金、銀、鉑等)質(zhì)量(g/t)表示；砂礦和特種非金屬礦以每立方米礦石中含有用成分的質(zhì)量表示，例如：砂金礦用g/m3表示，金剛石、鉑等砂礦用mg/m3表示，云母礦和金紅石砂礦等用kg/m3表示；液態(tài)鹽類礦產(chǎn)以每升鹵水中有用成分的質(zhì)量(g/L)表示。這里的品位是指鈦磁鐵礦精礦經(jīng)高爐冶煉得到的高爐鈦渣的品位，以鈦磁鐵礦在高爐煉鐵產(chǎn)生的冶煉渣中TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)表示。