一種新型釩鈦磁鐵礦電爐渣硫酸高效酸浸方法

供稿|聶文林 / NIE Wen-lin

我國釩鈦磁鐵礦分布廣泛，資源儲量超過100億t[1]，其中已探明儲量達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、河北承德、陜西洋縣、湖北鄖陽、襄陽地區、山東臨沂、廣東興寧等地區[2-4]。

鈦渣是由鈦礦資源經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勢，但技術水平相對較低，會在生產過程中引入大量外來雜質，導致生成的冶煉渣中雜質含量高，因此主要用于煉鐵；而電爐冶煉電耗高，但其設備處理能力大，副產品為生鐵，渣中引入外來雜質少，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生的冶煉渣，渣中TiO2含量較低難以利用，一般品位【知識小貼士】小于25%[5-6]。

攀枝花鈦資源儲量巨大，但超過一半以釩鈦磁鐵礦形式存在，且Ca、Mg、Si等雜質含量高，開發利用難度大，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，每年我國釩鈦磁鐵礦精礦冶煉過程中產生的高爐渣多達幾百萬噸，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。

為了提高我國釩鈦磁鐵礦的綜合利用水平，有關人員研究了通過直接還原后再用電爐或其他非高爐設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，且雜質含量高，物相組成也與傳統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濟環保的酸解方法。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)鈦渣細磨：將鈦渣磨細至直徑＜45 μm的顆粒所占的比例大于90%；

(2)一次酸解、熟化：將步驟(1)得到的細磨鈦渣，按酸礦質量比(1.5:1)～(2.2:1)加入濃度(質量分數)為85%～95%的濃硫酸，混合均勻后進行酸解，酸解溫度為220～260 ℃，酸解固化前保持攪拌狀態，酸解固化后繼續在200～240 ℃溫度下熟化2 h；

(3)一次水浸：將步驟(2)得到的固態酸解產物用1%～10%(質量分數)的濃縮廢酸稀釋液進行浸出，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中按酸礦質量比(2:1)～(4:1)加入濃縮廢酸進行二次酸解，濃縮廢酸質量分數大于40%，酸解溫度為220～260 ℃，酸解固化前保持攪拌狀態，酸解固化后繼續在200～240 ℃溫度下熟化2 h；

(5)二次水浸：將步驟(4)得到的固態酸解產物用1%～10%(質量分數)的濃縮廢酸稀釋液進行浸出，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行濃縮，濃縮過程中部分雜質析出，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行濃縮，濃縮過程中部分雜質析出，將析出物濾出，得到鈦液，然后將得到的鈦液水解，水解后將水解產物偏鈦酸濾出，再將水解后的廢酸通過加熱蒸發水分進行濃縮，濃縮至硫酸質量分數不低于40%后停止加熱，待溫度降至室溫后進行過濾，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)中繼續利用。

實驗結果

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成分(質量分數，%)

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、鎂等雜質含量高，二氧化鈦質量分數僅58.18%，遠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量比、提高反應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(質量分數)為14.99%，鈦的提取率仍低于傳統高鈦渣。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。而將一次硫酸酸浸渣經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(質量分數)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圖譜中未能檢測出黑鈦石成分，表明渣中黑鈦石基本反應完全。

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，通過加強釩鈦磁鐵礦電爐渣酸解條件對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一步提高鈦的提取率，并且酸浸渣中二氧化鈦含量比傳統高鈦渣中的還低，最終達到釩鈦磁鐵礦電爐渣硫酸高效酸浸的效果。同時，通過采用濃縮水解廢酸對酸解渣I進行二次酸解，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濟環保的酸解的方法。

結束語

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，通過加強硫酸酸解條件并采用廢酸進行二次酸浸，其最終得到的酸浸渣中黑鈦石基本反應完全，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濟環保的硫酸高效酸浸方法。

知識小貼士

品位是礦石和選礦產品的主要質量指標，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)的質量分數(%)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；液態鹽類礦產以每升鹵水中有用成分的質量(g/L)表示。這里的品位是指鈦磁鐵礦精礦經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生的冶煉渣中TiO2的質量分數(%)表示。