人造金红石制备技术探讨

人造金红石制备技术探讨

李静 李英杰 刘智博 韩铠骏 罗益

沈阳工程学院 新能源学院 辽宁 沈阳 110136

摘要：金红石是一种富钛料，被认为是生产钛产品理想的原材料，具有易采、易碎、易选的优点，但存在金红石原料不足，纯度不够的问题。人造金红石解决了以上问题。这篇文章介绍了目前国内外生产金红石生产现状、常用的制备方法，并简述了这些方法的工艺流程。

关键词：人造金红石；制备技术

钛资源广泛分布于世界各地，储量丰富，但由于技术上的限制，国内外现阶段可以有效使用的原材料只有钛铁矿和金红石等几种矿物，仅有少量的钛以金红石的形式存在。目前，国内外人造金红石的工业生产技术仍处在不断的探究之中，以求最佳的生产方案将人造金红石为世界所用。

1电热法

电热法制备人造金红石是将钛铁矿与还原剂混合后在电炉中进行熔炼反应，然后通过磁选法分离钛渣和金属铁，所得钛渣经焙烧即可获得人造金红石。该工艺生产的人造金红石品位较低，主要用于生产电焊条表面涂料，但该方法具有“三废”少、工艺技术简单等优点。

2 酸浸法

酸浸法可分为盐酸浸出法和硫酸浸出法。

2．1盐酸浸出法

盐酸浸出法主要包括BCA盐酸循环浸出法、预氧化—流态化盐酸浸出法、EＲMS法、QIT法等。该法具有杂质去除效果好、浸出效率高、用于浸出的酸可再循环利用等优点。

2．1．1BCA盐酸循环浸出法

BCA盐酸循环浸出法在回转窑反应器中进行，850℃条件下利用重油还原剂把高品位钛铁精矿中的铁还原为Fe2+，然后在140℃条件下用浓度约为19%的盐酸浸出还原钛铁矿中的铁、锰、镁、钙、镉等杂质，过滤、洗涤后在870℃条件下焙烧即获得人造金红石。含过量余酸、FeCl2和少量杂质氯化物的浸出母液采用传统的喷雾焙烧技术进行再生，用HCl吸收器中的洗涤水吸收挥发出来的HCl气体，形成浓度为18%～20%的盐酸，再次用于盐酸加压浸出，实现了盐酸的循环利用。BCA盐酸循环浸出法能除去钛铁矿中的大多数杂质，制备的人造金红石产品TiO2含量高，且工艺过程产生的废酸和洗涤水都能二次利用，因此对环境污染较轻。但是，该工艺存在废酸再生成本高问题，工艺过程中所使用的设备要用特殊材料制造。

2．1．2预氧化—流态化盐酸浸出法

预氧化—流态化盐酸浸出法是将钛铁矿精矿在740～760℃条件下先进行预氧化，随后在流态化塔中进行逆流浸出，得到TiO2含量大于88%的产品。该法虽已得到工业应用，但该工艺的残余盐酸再次利用困难，废酸母液再利用流程非常长。研究表明，采用先氧化，再还原—流态化酸浸工艺处理硅含量不高的电炉钛渣，所制得的人造金红石可用于沸腾氯化法生产钛白粉。

2．1．3EＲMS法

EＲMS法的工艺过程包括钛铁矿强氧化、弱还原、盐酸流化常压浸出等3个主要工序，以及后续的过滤、烘干、磁选等工序。该工艺的浸出母液经焙烧

可回收盐酸，实现盐酸的循环利用。该工艺的特点:①钛铁矿需经过精选;②3个主要工序及母液焙烧工序都在流化状态下进行;③所生产的人造金红石质量较高(TiO2含量＞95%);④盐酸回收采用EAＲS法。

2．1．4QIT法

QIT法采用高温氧化焙烧—磁选—电炉熔炼工艺获得TiO2含量约为80%的钛渣，钛渣主要由M3O5型固溶体相组成，此外，还含有大约5%的硅酸盐相。

高温氧化—还原作用下，钛渣中的硅酸盐相受到破坏，并且一些M3O5型固溶体相也受到破坏，有利于后续除杂过程的进行，钛渣除杂后纯度较高。

2．2硫酸浸出法

硫酸浸出法又分为还原焙烧—硫酸加压浸出法和强氧化—强还原—锈蚀—硫酸常压浸出法。

2．2．1还原焙烧—硫酸加压浸出法

硫酸浸出法首先对TiO2含量约60%的氧化砂矿进行还原焙烧，然后采用钛白废酸(硫酸浓度为22%～23%)加压浸出焙烧产品中的铁等杂质，再经过滤、洗涤和煅烧产出人造金红石。硫酸浸出法制备的人造金红石TiO2纯度可达90%以上。

2．2．2强氧化—强还原—锈蚀—硫酸常压浸出法

强氧化—强还原—锈蚀—硫酸常压浸出法的2个主要特点为:①未风化的钛铁矿原料先进行强氧化再进行强还原;②选用循环式的流化床反应器进行强

还原(称为CFB)工序。该技术具有反应所需温度低、反应效率高等优点。

3 亚(碱)熔盐法

亚熔盐法制备人造金红石的原料是高钛渣，首先将高钛渣与改性剂钠碱混合，在一定条件下发生熔盐反应，使高钛渣中的钛变为钛酸盐，钛酸盐经水解、沉淀，水解产物经锻烧得到人造金红石。采用亚熔盐法制得了TiO2含量98．6%的人造金红石。

4 选择性析出技术

钛渣中的黑钛石经碱性改性剂改性和热处理，可氧化制得人造金红石。在化学势的作用下，渣中大部分TiO2向金红石相吸附，并析出和长大。因为金红

石在盐酸中不易溶解，而渣中的其他杂质多易溶于盐酸，利用这一特性，盐酸可用来分离金红石与杂质。该工艺存在流程较长、能耗较高、酸耗较大等问题。

5微波法

大量的研究表明，钛铁矿、钛精矿、钛渣等钛冶金物料在微波场中具有较高的还原或氧化反应速率，这是由于微波具有选择性加热的特性，可以直接作用于钛冶金物料中的铁钛氧化物。在1085℃下微波加热钛渣58.77min，产品Ｒaman光谱的241.5cm－1、446.1cm－1和610.3cm－1处出现了金红石型TiO2的拉曼特征峰，SEM分析表明，钛渣在微波加热过程中，锰、镁、硅等杂质呈现聚集特征，这为后续磨矿、浮选分离除杂和人造金红石创造了条件，有利于金红石品位的提高。进行了微波连续化焙烧高钛渣，制备电焊条涂料用人造金红石的试验，结果表明，高钛渣焙烧后，钛氧化物主要以金红石型二氧化钛形态存在，通过微波加热制得的人造金红石是一种合格的电焊条涂料，其硫含量仅为0.02%。

6 国外人造金红石的制备方法及发展现状

6.1 国外人造金红石的制备方法

目前，国外普遍使用的制造金红石的方法有两种，一种是还原锈蚀法，另一种是酸浸法。

6.2 还原锈蚀法

还原锈蚀法，就是利用氧化还原反应将富钛料进行煅烧，最后的到反应产物的方法，这种方法的主要原材料是钛铁矿和煤，反应的主要条件是空气和介质。这种方法被广广泛使用的主要原因是绿色环保，又大大降低了生产的成本，但是由于流程需要，对原料的纯度要求很高，许多Ca、Mg含量高的矿石不能使用这种方法进行加工。

6.3 酸浸法

酸浸法分为两种,一种是硫酸浸出法,一种是盐酸浸出法。硫酸浸出法是日本石原公司利用工厂的废酸生产人造金红石的方法。这种工艺的流程很简单，先利用石油焦将原材料进行还原，为了出去产物中多余的铁杂质，可以用硫酸浸出，最后得到产物。硫酸浸出法的显著特点是利用了工厂的废酸，实现了原料的循环利用，由于硫酸会和Ca 2+ 反应生成沉淀，所以在选择原材料时应选择含Ca量较低的原料。盐酸浸出法的工艺原理与硫酸浸出法相似，都是将铁

用酸浸出，经过煅烧得到金红石。但不同的是该方法是用盐酸进行还原。随着科学技术的进步，该技术存在的大部分问题都可以解决。这种工艺优点突出，既可以除去大部分杂质，得到的产物纯度更高，对原材料的纯度要求也不高。但盐酸的腐蚀性可能会对设备造成影响。

6.3 国外人造金红石的发展现状

国外在研究钛方面已经有近百年的历史。同时，国外生产钛的技术得到很大提升，许多传统的方法的到了改进，大大的提高了生产效率，许多技术上的难关也已经被克服。

7 结语

近几年全球钛工业更趋近于使用环保高效材料进行生产，人造金红石成为理想的原料之一。加之人造金红石品位高、杂质少的优点，工业对于人造金红石更加重视。随着人们对钛工业的重视，很多工艺都被进行了改进，许多工业生产上的瓶颈问题也得到了不同程度的解决，在将来，金红石的发展前景将越来越好。

参考文献：

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