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1、孙体昌北京科技大学北京科技大学 矿物加工工程系矿物加工工程系 1海滨砂矿直接还原焙烧海滨砂矿直接还原焙烧-磁选磁选铁钛分离研究进展铁钛分离研究进展主要内容主要内容u1海滨砂矿的储量及特点u2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果u3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究u4机理研究u5结论21.1海滨砂矿的储量 n海海滨滨砂砂矿矿被被定定义义为为在在海海滨滨地地带带由由河河流流、波波浪浪、潮潮汐汐、潮潮流流和和海海流流作作用用，使使砂砂质质沉沉积积物物中中的的重重矿矿物物碎碎屑屑富富集集而而形形成成的的矿矿床。床。n海海滨滨砂砂矿矿通通常常可可划划分分为为非非金金属属砂砂矿矿、黑黑色色金金属属砂砂矿矿、
2、有有色色金属砂矿及稀有金属砂矿金属砂矿及稀有金属砂矿4 4大类大类。n世界海滨砂矿资源主要分布在南半球各国的沿海地区。世界海滨砂矿资源主要分布在南半球各国的沿海地区。n澳澳大大利利亚亚是是当当今今世世界界上上海海滨滨砂砂矿矿储储量量最最丰丰富富、开开采采最最发发达达、工艺技术和工业装备最先进、产品出口量最大的国家。工艺技术和工业装备最先进、产品出口量最大的国家。n据据统统计计，从从事事砂砂矿矿调调查查的的沿沿海海国国家家有有4040多多个个，已已报报道道探探明明砂矿储量的国家有近砂矿储量的国家有近2020个。个。3海滨砂矿总储量海滨砂矿总储量2371323713万吨，其按矿物的分布为：万吨，其
3、按矿物的分布为：4钛磁铁矿储量占第二位，但目前利用率较低。钛磁铁矿储量占第二位，但目前利用率较低。u分布广泛、矿种齐全、储量大、开采方便、选矿简分布广泛、矿种齐全、储量大、开采方便、选矿简易、生产成本低及产品质量好等优点；易、生产成本低及产品质量好等优点；u目前在海底矿产资源的开发中，海滨砂矿的产值仅目前在海底矿产资源的开发中，海滨砂矿的产值仅次于海底石油和天然气，是增加矿产资源储量最具潜次于海底石油和天然气，是增加矿产资源储量最具潜力的资源之一。力的资源之一。u随着陆地矿物资源的日趋减少、枯竭，开发利用海随着陆地矿物资源的日趋减少、枯竭，开发利用海洋矿物资源显得越来越重要。洋矿物资源显得越来
4、越重要。u海滨钛磁铁矿海滨钛磁铁矿的特点是原矿铁品位高，但钛品位也的特点是原矿铁品位高，但钛品位也高，同时伴生有钒、钛铁矿、金红石等有用矿物。高，同时伴生有钒、钛铁矿、金红石等有用矿物。u缺点是所得铁精矿铁品位低，而钛品位高，影响铁缺点是所得铁精矿铁品位低，而钛品位高，影响铁精矿的利用，铁精矿中的钛也难利用。精矿的利用，铁精矿中的钛也难利用。1.2 海滨砂矿的特点5主要内容主要内容u1海滨砂矿的储量及特点u2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果u3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究u4机理研究u5结论6实例1u印度尼西亚海岸的某海滨砂矿。u有用矿物主要为钒钛磁铁矿、钛铁矿、赤铁矿和褐铁矿。u原矿F
5、e品位30.52%，TiO2品位4.78%。主要的选矿流程是磨矿-磁选工艺。7p得到TFeTFe品位品位58.04%58.04%，回收率，回收率86.27%86.27%，TiOTiO2 2品位品位9.20%9.20%，回收率87.00%的含钛铁精矿。2 海滨钛磁铁矿常规选矿方法及效果简介实例2u原矿TiO2和Fe分别为6.38%和21.91%。u主要铁矿物是含钛的钛磁铁矿和钛赤铁矿，含少量钛铁矿、褐铁矿、金红石和白钛石；u脉石矿物主要是辉石和石英，含少量角闪石。u选矿采用比较复杂的联合流程处理，分别回收铁精矿和钛铁矿精矿。89p铁精矿：TFeTFe品品位位56.27%56.27%，回收，回收率
6、率63.95%63.95%，TiOTiO2 2品位品位13.51%13.51%。p钛精矿：钛精矿：TiO2品位46.91%、回收率为22.42%实例3u原矿TFe含量47.11%，磁性率(FeO/TFe)为47.89%，同时TiO2含量达12.10%，属于含钛磁铁矿的海滨砂矿。u且原矿中的铁主要以磁性铁的形式存在，磁性铁占有率为80.58%。u主要铁矿物是含钛的钛磁铁矿。10p得到TFeTFe品位品位60.28%60.28%，回收率，回收率94.18%94.18%，TiOTiO2 2品位品位12.62%12.62%的的含钛铁精矿。实例4u原矿TF品位51.77%，TiO2含量达11.57%，属
7、于含钛磁铁矿矿石。u且原矿中的铁主要以磁性铁的形式存在。u主要铁矿物是含钛的钛磁铁矿。11p得到TFeTFe品位品位58.52%58.52%，回收率，回收率96.06%96.06%，TiOTiO2 2品位品位11.93%11.93%的的含钛铁精矿。精矿精矿尾矿尾矿试样试样磨矿磨矿-200目目70.00%弱磁选弱磁选87.58kA/m实例 铁品位/%TiO2品位/%Fe回收率/%实例158.04 58.04 9.20 9.20 87.00 87.00 实例256.2756.2713.5113.5163.9563.95实例3 60.28 60.28 12.62 12.62 94.18 94.18
8、实例458.5258.5211.9311.9396.0696.06不同海滨钛磁铁矿选别效果对比比较可知：海滨钛磁铁矿选别流程相对比较简单；海滨钛磁铁矿选别流程相对比较简单；主要问题是所得铁精矿品位低，钛含量高，钛资源没有得主要问题是所得铁精矿品位低，钛含量高，钛资源没有得到很好利用；到很好利用；原因是有相当部分钛以类质同象形式存在于钛磁铁矿中，原因是有相当部分钛以类质同象形式存在于钛磁铁矿中，用一般的选矿方法无法实现铁和钛的分离。用一般的选矿方法无法实现铁和钛的分离。12主要内容主要内容u1海滨砂矿的储量及特点u2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果u3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究u4机理研
9、究u5结论13砂矿砂矿弱磁选弱磁选尾矿，钛富集尾矿，钛富集二段磁选二段磁选一段磨矿一段磨矿直接还原铁直接还原铁还原焙烧还原焙烧添加剂添加剂混合混合二段磨矿二段磨矿水淬冷却水淬冷却煤煤14目的：u以煤为还原剂，对海滨钛磁铁矿进行直接还原焙烧；u在焙烧的过程中通过还原剂和在焙烧的过程中通过还原剂和添加剂的共同作用，使铁还原成添加剂的共同作用，使铁还原成金属铁，钛不还原，然后进行磨金属铁，钛不还原，然后进行磨矿磁选，使铁进入直接还原铁中，矿磁选，使铁进入直接还原铁中，得到高品位的直接还原铁；得到高品位的直接还原铁；u钛进入到尾矿中得到富集，实钛进入到尾矿中得到富集，实现钛铁分离，可以从尾矿中再回现钛
10、铁分离，可以从尾矿中再回收钛。收钛。特点：特点：u可以实现海滨钛磁铁矿中铁和可以实现海滨钛磁铁矿中铁和钛的分离，使铁和钛分别得到回钛的分离，使铁和钛分别得到回收。收。15海滨钛磁铁矿化学分析结果海滨钛磁铁矿化学分析结果3.13.1试样性质试样性质来自印尼某海滨砂矿。来自印尼某海滨砂矿。成分成分FeTiO2SiO2Al2O3MgO含量含量/%51.8511.3314.436.863.64成分成分CaOSO3MnONa2OP2O5含量含量/%1.090.580.490.420.14成分成分Cr2O3K2OZnOClZrO2含量含量/%0.130.10.070.040.01主要矿物：主要矿物：钛磁铁
11、矿钛磁铁矿、石英、镁铁矿、方镁石等。、石英、镁铁矿、方镁石等。16海滨钛磁铁矿的颗粒海滨钛磁铁矿的颗粒及矿物之间的关系。及矿物之间的关系。还原用煤的性质（干燥基）17煤种煤种水分水分（%）灰分灰分（%）挥发份挥发份（%）固定碳固定碳（%）全硫全硫（%）烟煤烟煤A11.7719.9028.1851.922.15烟煤烟煤B10.9546.3623.0030.652.32无烟煤无烟煤0.904.406.6089.000.24选择3种不同性质的煤为还原剂进行对比试验，考察煤性质的影响可见，3种煤的灰分、固定碳和挥发分都有较大的差别。3.23.2煤的种类对直接还原铁铁指标的影响对铁品位的影响对铁品位的影
12、响对铁回收率的影响对铁回收率的影响18煤的种类对直接还原铁铁指标的影响对铁品位的影响对铁品位的影响对铁回收率的影响对铁回收率的影响19从图中看出：n不同种类的煤及用量对还原铁指标的影响规律不同：n随烟煤A用量的增加，TFe品位和回收率均逐渐提高；n而随烟煤B和无烟煤用量的增加 TFe品位下降，而回收率提高；n直接还原铁品位都比较低，最高只有直接还原铁品位都比较低，最高只有87.39%87.39%。煤种对直接还原铁中煤种对直接还原铁中TiOTiO2 2含量的影响含量的影响煤种对直接还原铁中TiO2含量的影响规律也不同：随烟煤A用量的增加，直接还原铁中TiO2含量下降；而烟煤B和无烟煤用量增加会使
13、直接还原铁中TiO2含量升高所有煤所的直接还原铁中TiO2的含量都高于1%，最高可以达到5%以上。20只添加还原剂还原可以得到较高的铁回收率，但直接还原铁只添加还原剂还原可以得到较高的铁回收率，但直接还原铁中铁品位低，中铁品位低，TiO2含量高，不能实现铁和钛的有效分离。含量高，不能实现铁和钛的有效分离。5.27烟煤烟煤A A的效果最好的效果最好。说明还原过程中对煤质的说明还原过程中对煤质的要求不高要求不高。以后试验选择烟煤以后试验选择烟煤A A为还原剂为还原剂添加剂对铁品位的影响添加剂对铁品位的影响添加剂对铁回收率的影响添加剂对铁回收率的影响213.33.3添加剂添加剂的种类的影响采用采用3
14、 3种添加剂，种添加剂，TCTC、NCPNCP和和NCSNCS进行了对比试验。进行了对比试验。只添加还原剂效果不理想，需要添加剂。只添加还原剂效果不理想，需要添加剂。添加剂对铁品位的影响添加剂对铁品位的影响添加对铁回收率的影响添加对铁回收率的影响22添加剂对焙烧效果的影响规律不同。添加剂对焙烧效果的影响规律不同。随随TCTC用量的增加，铁品位下降，铁回收率上升。用量的增加，铁品位下降，铁回收率上升。添加剂对铁品位的影响添加剂对铁品位的影响添加对铁回收率的影响添加对铁回收率的影响23添加剂对焙烧效果的影响规律不同。添加剂对焙烧效果的影响规律不同。随随NCPNCP用量的增加，铁品位上升，铁回收率也
15、上升。用量的增加，铁品位上升，铁回收率也上升。添加剂对铁品位的影响添加剂对铁品位的影响添加对铁回收率的影响添加对铁回收率的影响24添加剂对焙烧效果的影响规律不同。添加剂对焙烧效果的影响规律不同。随随NCSNCS用量的增加，铁品位上升，铁回收率下降。用量的增加，铁品位上升，铁回收率下降。添加剂对直接还原铁添加剂对直接还原铁中中TiOTiO2 2含量的影响含量的影响添加剂对直接还原铁中TiO2 2含量的影响规律明显不同：添加剂TC用量的增加，直接还原铁中TiO2含量快速上升；而随添加剂NCP和NCS用量的增加，直接还原铁中TiO2含量迅速下降，最低可以达到0.25%；25添加添加剂可以明显降低直接
16、还原铁中添加添加剂可以明显降低直接还原铁中 TiO2含量，含量，较好的较好的实现铁和钛的有效分离，同时实现铁和钛的有效分离，同时NCPNCP和和NCSNCS也可以明显提高直接也可以明显提高直接还原铁中铁的品位。还原铁中铁的品位。0.25添加剂添加剂NCSNCS的效果最好，且比较便宜。的效果最好，且比较便宜。NCSNCS用量对还原铁指标的影响用量对还原铁指标的影响26可以看出：可以看出：n随着添加剂随着添加剂NCSNCS用量的添加，用量的添加，直接还原铁中铁的品位上升，直接还原铁中铁的品位上升，回收率有所下降；回收率有所下降；nTiOTiO2 2的含量随的含量随NCSNCS用量的增用量的增加明显
17、下降；用量为加明显下降；用量为11%11%时时可以降低到可以降低到0.44%0.44%。n证明证明NCSNCS有明显的促进铁钛有明显的促进铁钛分离的效果。分离的效果。p还进行了焙烧温度、焙烧还进行了焙烧温度、焙烧时间、磨矿磁选的条件试验，时间、磨矿磁选的条件试验，确定了最佳条件。确定了最佳条件。海砂矿海砂矿弱磁选弱磁选尾矿尾矿二段磁选二段磁选一段磨矿，一段磨矿，-0.074mm76.20%-0.074mm76.20%直接还原铁直接还原铁还原焙烧还原焙烧1250 1250，60min60minNCS 11%NCS 11%混合混合二段磨矿，二段磨矿，-0.074mm75.02%-0.074mm75
18、.02%水淬冷却水淬冷却烟煤烟煤A 30%A 30%产率产率 铁品位铁品位铁回收铁回收率率 TiO2TiO2含量含量51.7751.7793.47 93.47 88.73 88.73 0.430.43最终直接还原铁指标（%）原矿铁品位51.85%，TiO211.33%最佳条件及结果27尾矿TiO2含量升高23.03%，回收率98.04%，为钛的进一步回收创造了条件。3.43.4最佳条件及结果最佳条件及结果主要内容主要内容u1海滨砂矿的储量及特点u2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果u3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究u4机理研究u5结论284.机理研究29可以看出：添加不同用量可以看出：添加不
19、同用量NCSNCS所得焙烧矿中的矿物组成有明显的不同，并且有些所得焙烧矿中的矿物组成有明显的不同，并且有些矿物在矿物在XRDXRD数据库中没有找到完全对应的矿物；数据库中没有找到完全对应的矿物；说明说明NCSNCS对焙烧过程的影响比较复杂，具体矿物组成变化需要进一步深入研究。对焙烧过程的影响比较复杂，具体矿物组成变化需要进一步深入研究。4.14.1不同不同NCSNCS用量焙烧矿的用量焙烧矿的XRDXRD分析分析2%NCS5%NCS8%NCS12%NCS304.2 4.2 不同不同NCSNCS用量焙烧矿的电子显微镜观察用量焙烧矿的电子显微镜观察2%NCS5%NCS8%NCS12%NCS可以看出：
20、添加不同用量可以看出：添加不同用量NCSNCS所得焙烧矿的结构也有明显的不同。所得焙烧矿的结构也有明显的不同。31n可以看出：添加不同用量NCS所得焙烧矿中所生成的金属铁的颗粒及与其他矿物的关系也有较大影响。2%NCS12%NCS主要内容主要内容u1海滨砂矿的储量及特点u2海滨钛磁铁矿的常规选矿方法及结果u3海滨钛磁铁矿的直接还原焙烧磁选研究u4机理研究u5结论325 结论33（1）海滨钛磁铁矿中主要有用元素是铁和钛，铁含量达到50%左右，钛含量也达到11%左右。主要杂质元素是硅和铝。其中铁和钛主要以钛磁铁矿的形式存在，所以用一般的选矿方法进行钛铁分离是不可能的。（2）直接还原焙烧直接还原焙烧
21、-磁选可以实现钛和铁的分离。煤的种类影响磁选可以实现钛和铁的分离。煤的种类影响焙烧效果，烟煤焙烧效果，烟煤A A是较好的还原剂，但只添加还原剂所得还是较好的还原剂，但只添加还原剂所得还原铁中铁的品位较低，达不到原铁中铁的品位较低，达不到90%90%，其中，其中TiOTiO2 2的含量也比较的含量也比较高，都在高，都在1 1%以上，最高可以达到以上，最高可以达到5%5%。（3）添加剂的种类是影响钛铁分离效果的关键因素，其中NCS效果最佳。既可以提高还原铁中铁的品位又可以降低TiO2的含量。4 结论34（4）试验所得最佳焙烧条件为：烟煤试验所得最佳焙烧条件为：烟煤A A为还原剂，用量为为还原剂，用量为30%30%；NCSNCS为添加剂，用量为为添加剂，用量为11%11%；焙烧温度；焙烧温度12501250，焙烧时间焙烧时间6060分钟。此时还原铁中铁的品位分钟。此时还原铁中铁的品位93.47%93.47%，TiOTiO2 2的含量的含量0.43%0.43%。（5）焙烧磁选后钛在尾矿中富集，为钛的进一步回收创造了条件。（6）机理研究表明，添加NCS后焙烧过程反应比较复杂，机理需要进一步研究。35