钛精矿冶金处理研究现状

    选矿得到的钛精矿是生产富钛料的原料。制备富钛料的方法很多，按生产工艺可分为火法和湿法两类。火法包括电炉熔炼法、选择氯化法、等离子熔炼法、微波热还原法等，湿法包括盐酸浸出法、硫酸浸出法、还原锈蚀法、三氯化铁浸出法以及其他的化学分离法。当前，主要采用的是电炉熔炼法、酸浸法和还原锈蚀法。

    一、钛精矿火法处理研究现状

    电炉熔炼法生产钛渣是将钛精矿与固体还原剂石油焦或无烟煤等混合，在电炉中进行还原熔炼，钛精矿中的铁氧化物被选择性地还原为金属铁，而钛的氧化物被富集形成钛渣。电炉熔炼过程中钛精矿发生的主要反应为

2FeTiO₃＋CO＝Fe＋ FeTi₂O₅＋CO₂；

    生成的FeTi₂O₅再进一步被还原，但铁的氧化物不能全部被还原成金属铁，还有少量留在钛渣中：

（3－x）FeTi₂O₅＋5（1－x）CO＝3（1－x）Fe＋2（FexTi_l＝x）＋Ti₂O₅＋5（1一x）CO₂

    电炉熔炼制取钛渣的工艺简单、成熟，副产品铁可直接利用，“三废”少，但只能除铁，不能除去非铁杂质。我国钛资源的特点是钛精矿中TiO₂含量低，杂质含量高，尤其是钙、镁含量偏高，这就从源头上决定了国内（除少量钛精矿砂矿）采用电炉熔炼得到的钛渣，只能作为硫酸法钛白的生产原料。

    回转窑处理法：范晓慧等针对攀枝花钛精矿采用回转窑直接还原技术，借助于添加剂的催化作用，使钛精矿中的铁氧化物充分还原并促进铁晶粒长大，实现Fe和Ti的高效分离。试验结果表明：在添加剂用量为5％，球团预热温度为700℃，预热时间为15min，还原温度为1100℃，还原时间为210min的条件下，得到的富钛料TiO₂品位为74.68%，回收率为90.32%。

    选择氯化法：利用钛精矿加碳氯化时钛和铁的热力学性质差异，在中性或弱还原性气氛中铁被优先氯化，以FeCl₃的形式挥发出来；而钛不被氯化，在高温下发生晶型转变生成人造金红石。采用海滨砂钛铁矿为原料进行工业试验，成功地保持炉内反应温度在950℃以上，所得人造金红石品位为92.13%，FeC1₃平均纯度为96.94%；当使用攀枝花钛铁矿（其Mg0和CaO总量达5%～7%）为原料时，难以解决CaC1₂，MgC1₂在炉底富集而结料的问题，降低了炉子的运转寿命。

    微波加热还原钛精矿：黄孟阳等对微波加热还原钛精矿获取富钛料进行了千克级扩大试验。采用20kg球团料，以占矿比例为14%的碳为还原剂，在还原温度为1100～1150℃，添加剂占矿比例为5％，还原时间为90min的条件下，得到TiO₂品位为72.01%，回收率为90.1%的富钛料。微波是一种高效的清洁能源，有加热速度快、内部加热、选择性加热、加热均匀等特点，该工艺可避免电炉熔炼还原钛精矿工艺环境污染严重、能源消耗大的问题。

    近年来，对钛精矿火法处理的研究较多，但取得的进展并不显著，原因在于火法处理对钛铁分离比较有效，而钛精矿中的非铁杂质降低了钛渣的质量。因此，要突破火法处理钛精矿的局限性，就要致力于降低钛精矿中杂质的含量，尤其是对Mg0和CaO的脱除。

    二、钛精矿湿法处理研究现状

    酸浸法是先将钛精矿还原，使铁转化为二价铁，再用稀酸浸出还原产物，则铁进人液相，钛富集于固相。酸浸包括盐酸浸出和硫酸浸出两种方法。酸浸不仅可浸出铁，同时Mg，Ca，Al等杂质也被浸出，因此酸浸可得到TiO₂含量较高的富钛料，适合攀枝花高钙、镁型钛精矿的处理。

    硫酸浸出法：以钛精矿为原料的硫酸浸出会产生难以治理、污染环境的工业“三废”，国家已将其列人限制性产业。’改用钛渣为原料，可降低酸耗量，解决副产品硫酸亚铁的问题，减轻环保压力，提高设备产能。

    盐酸浸出法：根据酸浸的条件不同，可分为高压浸出法（Benillite）和常压浸出法（Murso）。我国制备人造金红石已形成两大工艺流程－预氧化－流态化常压浸出工艺和选冶联合加压浸出工艺。预氧化－流态化常压浸出工艺通过预先氧化钛精矿，可解决原矿在浸出过程中的细化问题，保持人造金红石的粒度；选冶联合加压浸出工艺通过加压浸出，提高了浸出效果。王曾洁等对攀枝花钛精矿采用盐酸常压直接浸出工艺制备人造金红石，可得到TiO₂含量为94.9%的产品。

    国内还原－锈蚀法生产人造金红石的研究始于20世纪70年代，1978年用广西海滨蚀变钛铁矿进行半工业试验获得成功并通过技术鉴定。1980年建成年产2000t金红石的试生产车间。国内一些工厂也建立了小型生产车间，但生产能力极小，未形成规模效益，产品主要用于电焊条生产。还原－锈蚀法需以高质量的钛精矿为原料，技术关键在于钛精矿的还原，要求还原温度较高，矿石在回转窑中结圈现象严重，生产不能连续进行，导致成本增加。

    三、其他新工艺

    孙艳等结合微波加热的优点和酸浸法的长处，提出了微波加热选择性浸出改性含钛料制取高品质富钛料的新工艺。微波加热还原后的物料颗粒表面细孔发达，结构疏松，能与浸出剂充分接触，浸出剂易于渗透到物料内部，强化反应的进行。浸出后富钛料品位可达96.08％，且浸出时间与常规方法相比缩短了67%～75%。

    中国科学院过程工程研究所提出了亚熔盐法二氧化钛清洁生产新工艺。亚熔盐法是利用在常压下流动的高浓度介质中的拟均向反应分解矿石，能强化反应及质量和热量的传递，在较低的温度下获得较高的矿石分解率。该工艺应用在钛铁矿分离中，可在低温下将钛铁矿中的钛有选择性地高效转化为钛酸盐，经水解、缎烧后得二氧化钛，而铁、钙、镁等元素不与亚熔盐体系反应而形成渣相，从而实现钛与铁的选择性分离，铁渣还可进一步资源化，为我国高钙镁型钛资源的综合利用开辟了一条新途径。