1、1孫體昌北京科技大學(xué)北京科技大學(xué) 礦物加工工程系礦物加工工程系 海濱鈦磁鐵礦的儲(chǔ)量及特點(diǎn)海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究主要內(nèi)容海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂1.1海濱鈦磁鐵礦的儲(chǔ)量3n海濱砂礦被定義為海濱砂礦被定義為在海濱地帶由河流、在海濱地帶由河流、波浪、潮汐、潮流和波浪、潮汐、潮流和海流作用，使砂質(zhì)沉海流作用，使砂質(zhì)沉積物中的重礦物碎屑積物中的重礦物碎屑富集而形成的礦床。富集而形成的礦床。n海濱砂礦通常可海濱砂礦通?？蓜澐譃閯澐譃榉墙饘偕胺墙饘偕暗V、黑色金屬砂礦、黑色金屬砂礦、有色金屬砂礦、有色金屬砂礦及稀有金屬砂礦及稀有金屬砂礦礦4 4大類大類。n

2、世界海濱砂礦世界海濱砂礦資源主要分布在資源主要分布在南半球各國(guó)的沿南半球各國(guó)的沿海地區(qū)。海地區(qū)。n據(jù)統(tǒng)計(jì)，從事?lián)y(tǒng)計(jì)，從事砂礦調(diào)查的沿海砂礦調(diào)查的沿海國(guó)家有國(guó)家有4040多個(gè)，多個(gè)，已報(bào)道探明砂礦已報(bào)道探明砂礦儲(chǔ)量的國(guó)家有近儲(chǔ)量的國(guó)家有近2020個(gè)。個(gè)。n澳大利亞是當(dāng)今世澳大利亞是當(dāng)今世界上海濱砂礦儲(chǔ)量最界上海濱砂礦儲(chǔ)量最豐富、開(kāi)采最發(fā)達(dá)、豐富、開(kāi)采最發(fā)達(dá)、工藝技術(shù)和工業(yè)裝備工藝技術(shù)和工業(yè)裝備最先進(jìn)、產(chǎn)品出口量最先進(jìn)、產(chǎn)品出口量最大的國(guó)家。最大的國(guó)家。海濱砂礦總儲(chǔ)量海濱砂礦總儲(chǔ)量20.5720.57億噸，其中礦物的分布為：億噸，其中礦物的分布為：103530824001600022631285

3、255020000400006000080000100000120000鈦鐵礦鈦鐵礦鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦磁鐵礦磁鐵礦鋯石鋯石金礦石金礦石獨(dú)居石獨(dú)居石儲(chǔ)量（萬(wàn)噸）儲(chǔ)量（萬(wàn)噸）礦石種類礦石種類4儲(chǔ)量在海濱砂礦中占第二位，但目前利用率較低。儲(chǔ)量在海濱砂礦中占第二位，但目前利用率較低。鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦1.2 海濱鈦磁鐵礦的特點(diǎn)5分布廣泛、儲(chǔ)量大、開(kāi)采方便。分布廣泛、儲(chǔ)量大、開(kāi)采方便。原礦鐵品位高，但鈦品位也高，原礦鐵品位高，但鈦品位也高，同時(shí)伴生有鈦鐵礦及少量金紅同時(shí)伴生有鈦鐵礦及少量金紅石等有用礦物。石等有用礦物。缺點(diǎn)：用常規(guī)選礦所得鐵精礦缺點(diǎn)：用常規(guī)選礦所得鐵精礦品位難提高，品位難提高，。精礦中鈦品位

4、高，精礦中鈦品位高，鈦難利用鈦難利用海濱鈦磁鐵礦的儲(chǔ)量及特點(diǎn)海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究主要內(nèi)容海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂實(shí)例17p得到鐵精礦：，回收率，回收率86.27%86.27%，回收率87.00%。TFeTFe品位品位58.04%58.04%TiOTiO2 2品位品位9.20%9.20%2 海濱鈦磁鐵礦常規(guī)選礦方法及效果簡(jiǎn)介實(shí)例2u原礦TFe含量47.11%，磁性率(FeO/TFe)為47.89%，同時(shí)TiO2含量達(dá)12.10%，屬于含鈦磁鐵礦礦石。u原礦中的鐵主要以磁性鐵的形式存在，磁性鐵占有率為80.58%。u主要鐵礦物是含鈦的鈦磁鐵礦

5、。8p得到的的鐵精礦：，回收率，回收率94.18%94.18%，。TFeTFe品位品位60.28%60.28%TiOTiO2 2品位品位12.62%12.62%實(shí)例3u原礦TFe含量51.77%，TiO2含量達(dá)11.57%，屬于含鈦磁鐵礦礦石。u且原礦中的鐵主要以磁性鐵的形式存在。u主要鐵礦物是含鈦的鈦磁鐵礦。9p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%的的含鈦鐵精礦。精礦精礦尾礦尾礦試樣試樣磨礦磨礦-200目目70.00%弱磁選弱磁選87.58kA/m原礦 鐵品位/% TiO2品位/% Fe回

6、收率/% 實(shí)例158.04 58.04 9.20 9.20 87.00 87.00 實(shí)例3 60.28 60.28 12.62 12.62 94.18 94.18 實(shí)例458.5258.5211.9311.9396.0696.06不同海濱鈦鈦磁鐵礦選別效果對(duì)比比較可知：海濱鈦磁鐵礦選別流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單；海濱鈦磁鐵礦選別流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單；主要問(wèn)題是所得鐵精礦品位低，鈦含量高，鈦資源沒(méi)有得到主要問(wèn)題是所得鐵精礦品位低，鈦含量高，鈦資源沒(méi)有得到很好利用；很好利用；原因是原因是存在于鈦磁鐵礦中，用一般的存在于鈦磁鐵礦中，用一般的選礦方法無(wú)法分離。選礦方法無(wú)法分離。鈦主要以類質(zhì)同象形式鈦主要以類質(zhì)同象形

7、式因此需要尋找新的方法實(shí)現(xiàn)同時(shí)回收鈦磁鐵礦中的鐵和鈦。因此需要尋找新的方法實(shí)現(xiàn)同時(shí)回收鈦磁鐵礦中的鐵和鈦。10海濱鈦磁鐵礦的儲(chǔ)量及特點(diǎn)海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究主要內(nèi)容海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦原礦原礦弱磁選弱磁選尾礦，鈦富集尾礦，鈦富集二段磁選二段磁選一段磨礦一段磨礦直接還原鐵直接還原鐵還原焙燒還原焙燒添加劑添加劑混合混合二段磨礦二段磨礦冷卻冷卻煤煤123.1目的：u以煤為還原劑，對(duì)海濱鈦磁鐵礦進(jìn)行直接還原焙燒；u在焙燒的過(guò)程中通過(guò)添加劑的作用，使鐵還原成金屬，鈦不還原，然后通過(guò)磨礦磁選，使鐵進(jìn)入直接還原鐵中，實(shí)現(xiàn)鈦和鐵的分離；

8、u鈦進(jìn)入到尾礦中得到富集，實(shí)現(xiàn)鈦鐵分離，可以從尾礦中再回收鈦。特點(diǎn)：u可以實(shí)現(xiàn)海濱鈦磁鐵礦中鐵和鈦的分離，使鐵和鈦分別得到回收利用。13海濱鈦磁鐵礦化學(xué)分析結(jié)果海濱鈦磁鐵礦化學(xué)分析結(jié)果3.23.2試樣性質(zhì)研究試樣性質(zhì)研究來(lái)自印尼某海濱砂礦。來(lái)自印尼某海濱砂礦。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主要礦物：主要礦物：鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦、石英、石英、鎂

9、鐵礦、方鎂石等。鎂鐵礦、方鎂石等。14海濱鈦磁鐵礦的顆粒海濱鈦磁鐵礦的顆粒及礦物之間的關(guān)系及礦物之間的關(guān)系。還原用煤的性質(zhì)（干燥基）15煤種煤種水分水分（%）灰分（灰分（%）揮發(fā)份揮發(fā)份（%）固定碳固定碳（%）全硫（全硫（%）煙煤煙煤A11.7719.9028.1851.922.15煙煤煙煤B10.9546.3623.0030.652.32無(wú)煙煤無(wú)煙煤0.904.406.6089.000.24選擇3種不同性質(zhì)的煤為還原劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，考察煤性質(zhì)的影響可見(jiàn)，3種煤的灰分、固定碳和揮發(fā)分都有較大的差別。3.23.2煤的種類對(duì)直接還原效果的影響對(duì)鐵品位的影響對(duì)鐵品位的影響對(duì)鐵回收率的影響對(duì)鐵回收率的

10、影響1660607070808090901001000 01010202030304040TFe回收率/%煤用量/%煙煤A煙煤B無(wú)煙煤8080828284848686888890900 01010202030304040TFeTFe品位品位/%/%煤用量煤用量/%/%煙煤煙煤A A煙煤煙煤B B無(wú)煙煤無(wú)煙煤煤的種類對(duì)直接還原鐵鐵指標(biāo)的影響對(duì)鐵品位的影響對(duì)鐵品位的影響對(duì)鐵回收率的影響對(duì)鐵回收率的影響1760607070808090901001000 01010202030304040TFe回收率/%煤用量/%煙煤A煙煤B無(wú)煙煤8080828284848686888890900 010102020

11、30304040TFeTFe品位品位/%/%煤用量煤用量/%/%煙煤煙煤A A煙煤煙煤B B無(wú)煙煤無(wú)煙煤從圖中看出：n不同種類的煤及用量對(duì)還原鐵指標(biāo)的影響規(guī)律不同：n隨煙煤A用量的增加，TFe品位和回收率均逐漸提高；n而隨煙煤B和無(wú)煙煤用量的增加 TFe品位下降，而回收率提高；n直接還原鐵品位都比較低，直接還原鐵品位都比較低，最高只有最高只有87.39%87.39%。添加劑對(duì)鐵品位的影響添加劑對(duì)鐵品位的影響添加劑對(duì)鐵回收率的影響添加劑對(duì)鐵回收率的影響183.33.3添加劑添加劑的種類的影響7070757580808585909095951001000 05 51010151520202525T

12、FeTFe品位品位/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS80808585909095951001000 05 51010151520202525TFeTFe回收率回收率/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS采用采用3 3種種添加劑，添加劑，TCTC、NCPNCP和和NCSNCS進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。只添加還原劑效果不理想，需要添加劑。只添加還原劑效果不理想，需要添加劑。添加劑對(duì)鐵品位的影響添加劑對(duì)鐵品位的影響添加對(duì)鐵回收率的影響添加對(duì)鐵回收率的影響197070757580808585909095951001000 05 510

13、10151520202525TFeTFe品位品位/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS80808585909095951001000 05 51010151520202525TFeTFe回收率回收率/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS添加劑對(duì)焙燒效果的影響規(guī)律不同。添加劑對(duì)焙燒效果的影響規(guī)律不同。隨隨TCTC用量的增加，鐵品位下降，鐵回收率上升。用量的增加，鐵品位下降，鐵回收率上升。添加劑對(duì)鐵品位的影響添加劑對(duì)鐵品位的影響添加對(duì)鐵回收率的影響添加對(duì)鐵回收率的影響207070757580808585909095951001000 05

14、 51010151520202525TFeTFe品位品位/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS80808585909095951001000 05 51010151520202525TFeTFe回收率回收率/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS添加劑對(duì)焙燒效果的影響規(guī)律不同。添加劑對(duì)焙燒效果的影響規(guī)律不同。隨隨NCPNCP用量的增加，鐵品位上升，鐵回收率也上升。用量的增加，鐵品位上升，鐵回收率也上升。添加劑對(duì)鐵品位的影響添加劑對(duì)鐵品位的影響添加對(duì)鐵回收率的影響添加對(duì)鐵回收率的影響2170707575808085859090959510

15、01000 05 51010151520202525TFeTFe品位品位/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS80808585909095951001000 05 51010151520202525TFeTFe回收率回收率/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS添加劑對(duì)焙燒效果的影響規(guī)律不同。添加劑對(duì)焙燒效果的影響規(guī)律不同。隨隨NCSNCS用量的增加，鐵品位上升，鐵回收率下降。是最佳添加劑用量的增加，鐵品位上升，鐵回收率下降。是最佳添加劑添加劑對(duì)直接還原鐵添加劑對(duì)直接還原鐵中中TiOTiO2 2含量的影響含量的影響添加劑對(duì)直接還原鐵中T

16、iO2 2含量的影響規(guī)律明顯不同：添加劑TC用量的增加，直接還原鐵中TiO2含量快速上升；而隨添加劑NCP和NCS用量的增加，直接還原鐵中TiO2含量迅速下降，最低可以達(dá)到0.25%；220 01 12 23 34 45 56 67 70 05 51010151520202525TiOTiO2 2品位品位/%/%添加劑用量添加劑用量/%/%TCTCNCPNCPNCSNCS添加劑添加劑可以明顯降低直接還原鐵中可以明顯降低直接還原鐵中 TiO2含量高，較好的實(shí)含量高，較好的實(shí)現(xiàn)鐵和鈦的有效分離，同時(shí)現(xiàn)鐵和鈦的有效分離，同時(shí)NCPNCP和和NCSNCS也可以明顯提高直接還也可以明顯提高直接還原鐵中鐵

17、的品位。原鐵中鐵的品位。0.25添加劑添加劑NCSNCS的效果最好。的效果最好。NCSNCS用量對(duì)還原鐵指標(biāo)的影響用量對(duì)還原鐵指標(biāo)的影響230 00.50.51 11.51.52 22.52.53 37070757580808585909095951001000 02 24 46 68 810101212TFeTFe品位品位/%/%NCSNCS用量用量/%/%FeFe品位品位FeFe回收率回收率TiO2TiO2含量含量可以看出：可以看出：n隨著添加劑隨著添加劑NCSNCS用量的用量的添添加，直接還原鐵中鐵的品位加，直接還原鐵中鐵的品位上升，回收率有所下降；上升，回收率有所下降；nTiOTiO2

18、 2的含量隨的含量隨NCSNCS用量的增用量的增加明顯下降；用量為加明顯下降；用量為11%11%時(shí)時(shí)可以降低到可以降低到0.44%0.44%。n證明證明NCSNCS有明顯的促進(jìn)鐵有明顯的促進(jìn)鐵鈦分離的效果。鈦分離的效果。p還進(jìn)行了焙燒溫度、焙燒還進(jìn)行了焙燒溫度、焙燒時(shí)間、磨礦磁選的條件試驗(yàn)時(shí)間、磨礦磁選的條件試驗(yàn)，確定了最佳條件。，確定了最佳條件。海砂礦海砂礦弱磁選弱磁選鈦富集鈦富集二段磁選二段磁選一段磨一段磨礦，礦，-0.074mm76.20%-0.074mm76.20%直接還原鐵直接還原鐵還原焙燒還原焙燒1250 1250 ，60min60minNCS 11%NCS 11%混合混合二段磨二

19、段磨礦，礦，-0.074mm75.02%-0.074mm75.02%水淬冷卻水淬冷卻煙煤煙煤A 30%A 30%產(chǎn)率產(chǎn)率 鐵品位鐵品位鐵回收鐵回收率率 TiO2含量51.7751.7793.47 93.47 88.73 88.73 0.430.43最終直接還原鐵指標(biāo)（% %）原礦鐵品位原礦鐵品位51.85%51.85%，TiOTiO2 211.33%11.33%最佳條件及結(jié)果24尾礦TiO2含量升高到23.03%，回收率98.04%，為鈦的進(jìn)一步回收創(chuàng)造了條件。3 3.4.4最佳條件及結(jié)果最佳條件及結(jié)果25不同不同NCSNCS用量焙燒礦的電子顯微鏡觀察用量焙燒礦的電子顯微鏡觀察2%NCS5%N

20、CS8%NCS12%NCS可以看出：添加不同用量NCS所得焙燒礦的結(jié)構(gòu)也有明顯的不同。3.5機(jī)理研究26n可以看出：添加不同用量NCS所得焙燒礦中所生成的金屬鐵的顆粒及與其他礦物的關(guān)系也有較大影響。2%NCS12%NCS27不同不同NCSNCS用量焙燒礦的用量焙燒礦的XRDXRD分析分析0%NCS5%NCS8%NCS12%NCS主要礦物：A-金屬鐵(Fe); B-隕硫鐵(FeS); C-鐵板鈦礦(Fe2TiO5); D-鈦鐵礦(FeTiO3);E-三斜霞石(Na(AlSiO4); F-(Mg2TiO4) 280%NCS5%NCS8%NCS12%NCS主要礦物：n金屬鐵(Fe); nB-隕硫鐵(

21、FeS);nC-鐵板鈦礦(Fe2TiO5); D-鈦鐵礦(FeTiO3); nE-三斜霞石(Na(AlSiO4); F-(Mg2TiO4) 不同不同NCSNCS用量焙燒礦的用量焙燒礦的XRDXRD分析分析含鈦礦物種類多且多數(shù)含鐵，造成鐵總回收率低。同時(shí)鈦回收困難。生成FeS，造成產(chǎn)品中硫含量超標(biāo)。有正鈦酸鎂(Mg2TiO4)生成。海濱鈦磁鐵礦的儲(chǔ)量及特點(diǎn)海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究主要內(nèi)容海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂3.6焙燒同時(shí)生成Mg2TiO4的研究30鈦酸鎂的性質(zhì)和用途：n鈦酸鎂（Mg2TiO4）具有介電損耗低、介電常數(shù)溫度系數(shù)小等特點(diǎn), 被廣

22、泛用于高頻熱補(bǔ)償電容器、多層陶瓷電容器, 引起了各國(guó)材料工作者的極大關(guān)注；n主要用于制備微波陶瓷，是一種新型的陶瓷材料；n目前都用純TiO2和MgO在1400以上溫度下合成。主要礦物：n金屬鐵(Fe); nB-隕硫鐵(FeS);nC-鐵板鈦礦(Fe2TiO5); D-鈦鐵礦(FeTiO3); nE-三斜霞石(Na(AlSiO4); F-(Mg2TiO4) 有正鈦酸鎂(Mg2TiO4)生成 。海濱鈦磁鐵礦的儲(chǔ)量及特點(diǎn)海濱鈦磁鐵礦的直接還原焙燒磁選研究主要內(nèi)容海濱鈦磁鐵礦的常規(guī)選礦方法及結(jié)果海濱鈦磁鐵礦的直接還原同步成鈦酸鎂鈦磁鐵礦精礦鈦磁鐵礦精礦弱磁選弱磁選鈦酸鎂粉體鈦酸鎂粉體二段磁選二段磁選一

23、段磨一段磨礦礦直接還原鐵直接還原鐵還原焙燒還原焙燒含鎂化合物含鎂化合物混合壓球混合壓球二段磨二段磨礦礦干式磁選干式磁選還原劑還原劑32優(yōu)勢(shì)減少其他添加劑同時(shí)生成用途更廣泛的鈦酸鎂粉體鐵回收率提高沒(méi)有尾礦，一舉兩得3.6焙燒同時(shí)生成Mg2TiO4的研究338085909510088899091929394051015鐵回收率鐵回收率/%鐵品位鐵品位/%M用量用量/%品位回收率鐵回收率達(dá)到97%以上n隨添加劑M用量增加，還原鐵中鐵品位和回收率都明顯提高；n說(shuō)明添加劑中的鎂代替鐵與鈦結(jié)合。添加劑M用量試驗(yàn)（焙燒溫度1300）34添加劑對(duì)焙燒產(chǎn)物中礦物組成的影響在用量為10%時(shí)焙燒產(chǎn)物中基本是只有今金

24、屬鐵和鈦酸鎂。礦物組成明顯簡(jiǎn)單。l磁選后還原鐵品位在92%以上，正鈦酸鎂的純度達(dá)到90%以上正鈦酸鎂(Mg2TiO4)金屬鐵金屬鐵352468101214161820keV0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5 cps/eV Mg O Ti Ti Al 2468101214161820keV01234567 cps/eV Fe Fe C Ti Ti 鈦磁鐵礦精礦鈦磁鐵礦精礦弱磁選弱磁選鈦酸鎂粉體鈦酸鎂粉體二段磁選二段磁選一段磨一段磨礦礦直接還原鐵直接還原鐵還原焙燒還原焙燒含鎂化合物含鎂化合物混合壓球混合壓球二段磨二段磨礦礦干式磁選干式磁選煙煤煙煤36優(yōu)勢(shì)減少其他添加劑同時(shí)生成用途更廣泛的鈦酸鎂粉體鐵回收率提高沒(méi)有尾礦，一舉兩得證明用鈦磁鐵礦為原料，用直接還原焙燒磁選工藝生產(chǎn)金屬鐵和正鈦酸鎂是可行的。37鈦磁鐵礦鈦磁鐵礦高溫固相反應(yīng)法制備介電級(jí)鈦酸鎂工藝流程（高溫固相反應(yīng)法制備介電級(jí)鈦酸鎂工藝流程（A A）與釩鈦磁鐵礦直接還原制備介電級(jí)鈦酸鎂的工藝流程（與釩鈦磁鐵礦直接還原制備介電級(jí)鈦酸鎂的