还原-锈蚀法生产人造金红石—中国钒钛之都的生产、市场与产业的知识元素

1、还原 -锈蚀法生产人造金红石中国钒钛之都的生产、 市场与产业的知识元素原创 彭富昌 邹建新等还原锈蚀法是一种选择性除铁的方法， 首先将钛铁矿中铁的氧化物经固相还 原为金属铁，然后用电解质水溶液将还原钛铁矿中的铁 “锈蚀 ”并分离出去，使 TiO 2富集成人造金红石。这种方法是澳大利亚研究成功的，在2006 年，澳大利亚西方钛公司已建成了年产能力达 79 万吨锈蚀法人造金红石的工厂。锈蚀法生 产人造金红石包括氧化焙烧、还原、锈蚀、酸浸、过滤和干燥等主要工序。锈蚀 法生产人造金红石工艺流程如图 4.3.2 所示。（1）氧化焙烧。澳大利亚在研究和工业化初期，还原之前进行预氧化焙烧处理，所用原料是半风

2、化的钛铁矿（TiO2含量为5455%, Fe3+/Fe2+=0.61.2）。 预氧化焙烧的目的是为了减少在固相还原过程中矿物的烧结。 钛铁矿预氧化生成 高铁板钛矿和金红石：4FeTiO3+O2=2Fe2TiO5+2TiO2但是后期的工业化生产中， 已取消了预氧化工序。 氧化焙烧是在回转窑中进 行，以燃油为燃料，窑中最高温度为 1030C。在空气中进行氧化焙烧，先把钛 铁矿中的Fe2+氧化为Fe3+,氧化是不完全的，一般仍含有 3%7%的FeO将氧化矿冷却至600E左右，即进入还原窑图432锈蚀法生产人造金红石工艺流程示意图(2) 还原。钛铁矿的还原是在回转窑中进行，采用煤作还原剂和燃料，澳 大

3、利亚利用本地廉价的次烟煤，物料经氧化后，钛铁矿中的铁得到活化，可提高 还原速率和还原率，并可防烧结。还原温度控制在11801200C，由于温度1030r时，固体碳即生成CO, CO在第一阶段将Fe3+还原为Fe2+，第二阶段将 Fe2+还原为Fe,并伴随有部分TiO2被还原。要防止空气进入而引起金属铁被氧 化。还原可使93%95%的铁还原为金属铁。当温度超过1200C时，则会发生矿 物的严重烧结而使回转窑结圈。窑内温度是通过调节加煤速度和通风速度而控制 的。其反应式如下：Fe2O3 TiO2+3C=2Fe+TiO2+3COFe2O3 TiO2+2CO=FeOTiO2+Fe+2CO2FeO Ti

4、O2+CO=Fe+TiO 2+CO2为了减少锰杂质对还原过程的干扰，澳大利亚在还原过程中加入一定量的硫作催化剂，使矿中的MnO优先生成硫化物，减少锰对钛铁矿还原的影响，而所TiO2生成锰的硫化物，可在其后的酸浸过程中溶解而除去，从而可提高产品的 品位。从还原窑卸出的还原矿，温度高达11401170C,必须将其冷却至7080C, 方可进行筛分和磁选脱焦，分离出煤灰和余焦而获得还原钛铁矿。(3) 锈蚀。锈蚀过程实质是一个电化学腐蚀过程，将金属化的物料放入装 有酸性 NH4C 1 (质量分数 1.52%)或盐酸水溶液的电解质溶液中，进行。锈蚀 是放热反应，温度可升高到80T。硫酸的锈蚀槽中，通空气搅

5、拌使铁腐蚀生成 Fe(OH)2，再氧化为铁锈(Fe2O3H2O),呈细散粉末状微粒，就很容易将其漂洗 除去。获得的人造金红石中的TiO2的质量分数大于92%。还原钛铁矿颗粒内的金属铁微晶相当于原电池的阳极，颗粒外表相当于阴极。在阳极，Fe失去电子变成Fe2+离子进入溶液。阳极反应： Fe=Fe2+2e在阴极区，溶液中的氧接受电子生成 OH-离子，颗粒内溶解下来的Fe2+离子, 沿着微孔扩散到颗粒外表面的电解质溶液中， 同时通入空气使之进一步氧化生成 水合氧化铁细粒沉淀：阴极反应： O2+2H2O+4e=4OH-铁离子与OH-结合成Fe(OH)2再被氧化：2Fe(OH)2 +1/2O2=Fe2O

6、3 H2O J +H2O所生成的水合氧化铁粒子特别小， 根据它与还原矿的物性差别， 可将它们从 还原矿的母体中分离出来，获得富钛料。(4) 酸浸。采用4%的硫酸在80 T常压下，将上述富钛料进行浸出，其中残留的一部分铁和锰等杂质溶解出来，经过滤、水洗，在回转窑中干燥、冷却， 即可获得TiO2含量为92%的人造金红石。畐寸产品氧化铁中含有 12%的TiO2,钛铁矿中钛的回收率可达98.5%，每吨产品消耗锈蚀剂氯化铵11kg，耗电 135KW h。澳大利亚和中国采用各自的钛铁矿制出的人造金红石产品组成见表 431。表431还原锈蚀法人造金红石产品组成（质量分数）成分澳大利亚中国原料钛精矿人造金红石

7、氧化砂矿人造金红石藤泰县矿人造金红石工TiQ55.0392.088.0487.052O310.0FeO22.204.63Fe2O318.806.358.70SiO20.70.840.81CaO0.030.120.31MgO0.180.150.120.22Al 2O30.71.290.10MnO1.432.01.171.04S0.150.0050.009P0.0180.019C0.150.0280.029（5）还原锈蚀法的优点a. 人造金红石产品粒度均匀，颜色稳定。b. 用电量和氯化铵、盐酸、硫酸的量均少，还原时主要是以煤为还原剂和燃料，并可利用廉价的褐煤，因此产品成本较低。c. 三废容易治理，在锈蚀过程中排出的废水接近中性（pH值为66.5）,赤泥经干燥可作炼铁原料，也可进一步加工成氧化铁红，污染较少。（6）还原锈蚀法的缺点。仅适宜处理高品位的钛铁砂矿。由于还原锈蚀法工艺本身的原因，所生产出的产品品位只能达到92。后来国外RGC在工艺中进行了改进，加