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一种生产富钛料的方法及其设备
    本发明涉及的是一种用稀盐酸处理钛铁矿生产富钛料的方法及其装置。

    现行稀盐酸处理钛铁矿生产富钛料的方法及其设备是将钛铁矿进行还原焙烧处理。在压煮球缸内压浸，在浸出过程中加入矿量的0.5～2.5％的硫酸或硫酸盐。这个方法用于贮量最丰富的原生钛铁矿或风化程度低的砂矿时，粉化严重，过程不顺畅，产品不受用户欢迎。压浸设备对材质要求高，压浸过程中盐酸气外泄，污染环境，腐蚀设备和建筑物。(见美国专利4019898，Lammartion，N.R，ChemicalEnginering 1976，V83，No.11,100～101)又如自贡市煤炭冶金局等单位用攀枝花钛铁精矿直接用压煮球缸浸出，过程中产生4～7微米细粉，随母液与洗水带出，再从中回收这些细粉，作钛黄粉，带出量占总富钛料的26.86％，使粗料中残存细粉量降至4.15％。这个方法，粉化严重，粗细料分离不好，特别是从溶液与洗水中回收细粉困难，加上压浸设备本身的问题，工业化难度大。(见选—冶联合稀盐酸加压浸出攀枝花钛精矿制取人造金红石，工业试验报告，自贡市煤炭冶金局等，1984.11)。

    本发明的目的就是在于为原生钛铁矿及风化程度低的钛铁砂矿稀盐酸法寻求一种防止粉化常压浸出生产富钛料的方法及其设备。

    为实现上述目的，本发明的技术方案是：将原生钛铁矿或风化程度低的钛铁砂矿、经氧化焙烧处理、冷却，用18～20％的盐酸、在以两座流态化塔为主体的流态化浸出装置内进行多段逆流常压浸出、洗涤、过滤、烘干或煅烧成富钛料产品。其原料的百分组成是：TiO₂40～53、∑Fe28～37、Fe²⁺22～32％、MgO 0.1～7、CaO 0.1～1.4、SiO₂1～3、Al₂O₃0.25～1.5，粒度组成为0.04～0.6毫米。

    本发明的工艺流程如图1所示。图面标号为1a～氧化焙烧、2a-流态化浸出，3a-过滤洗涤、4a-烘干或煅烧。本发明的主要步骤分述如下：

    一、氧化焙烧处理。

    为使铁铁矿具有较强的抗粉化能力、能有效地抑制钛在水解过程中因均相成核而造成的化学粉化作用，以及为使矿粒上的钛在水解沉积层中具有较强的强度、减轻因机械作用的粉化，本工艺首先将原料在回转窑或沸腾炉内进行氧化焙烧处理，燃料可为油类或煤气，其焙烧温度为425～875℃，炉尾气氧为5～20％，停留时间为3～30分钟，可使5～35％的亚铁氧化成三价铁，焙烧料在空气中冷却到85℃，以送入下段工序进行酸浸。

    二、多段逆流常压液态化浸出。

    多段逆流可以强化浸出过程，在常压下也能保证满意的浸出速度，同时在整个过程中能保持较均衡的反应速度，特别是矿与酸第一次接触，由于酸度低不致于分解速度过快。不使钛水解沉积物的基体破坏易造成沉积物脱落粉化。除此之外，在一定空隙度的流态化床层内，钛水解沉积层受到的冲击、碰撞碾磨等机械作用小而有效地减轻其粉化。所以，本工艺将冷却至85℃以下的氧化焙烧料，直接从塔顶加入流态化床内，溶液从塔底泵入，溶液连续通过流态化床层进行浸出，床层孔隙度为0.61～0.74。用上批料的最后一段浸出过的母液作为浸出液，形成先稀后浓多段逆流浸出方式。以三段为例，每段浸出液盐酸浓度依次为5～10％、10～18％、18～20％，床层内的温度比该状态下溶液的沸点的低2～5℃，浸出系统内的蒸气压为常压，总浸出时间为6～9小时，液固化为2.8～4.0(立方米/吨)。粉化率小于1％，富钛料保持钛铁矿的粒度，TiO₂大于90％，是生产TiCl₄，钛黄粉、电焊条包皮以及陶瓷工业的优质原料。从钛铁矿到富钛料的收率大于94％。

    本发明专为多段流态化浸出工艺提供的装置如图2a所示的结构示意图，其主要构造是：两座流态化塔通过两组泵、两台热交换器和管阀与两座循环槽连接而成。通过若干阀门的切换作用，每一个塔均可与每一个槽组成一式两套浸出系统，这种塔、槽交替连接、形成多段逆流浸出和洗涤，两套系统交连作用，有节揍地周而复始地完成一个接一个浸出过程。其图面标号为1、6-流态化塔、2、5-换热器、3、4-泵、7、8-循环槽、9～16-阀门。

    本工艺的三段逆流浸出和一段洗涤的运作方式为：开启阀门(13)和(9)同时关闭阀门(14)、(15)、(10)和(11)，启动泵(3)，槽(7)的溶液[上一批在塔(6)内进行第二段浸出过的溶液]经热换器(2)、泵入流态化塔(1)，料从塔顶加入，溶液通过流态化床层进行第一段浸出，与此同时，塔(6)、槽(8)、泵(4)和换热器(5)组成的系统对上一批矿进行第三段浸出，浸一定时间两个系统同时完成该段浸出；开启阀(15)和(11)，关闭阀(13)和(9)，换用上一批矿第三段浸出过的溶液进行第二段浸出，与此同时，打开通向泵(4)的水阀(图中未标出)，开启塔(6)溢流管的排放阀(未标出)，进行塔内洗涤，洗涤到洗水酸度降至0.1％以下，将塔(6)内的料放入贮槽(未标出)，供过滤所用，槽(7)在配酸浓度为18～22％，待塔(1)浸出到予定时间，开启阀(13)和(9)、关闭(15)和(11)、槽(7)溶液泵入塔(1)进行第三段浸出。与此同时，开启阀(16)和(12)、槽(8)溶液泵入塔(6)，对下一批料进行第一段浸出，待两个系统对两批料浸出了一定时间后，分别转入洗涤与第二段浸出，到此，完成了一个浸洗周期。就这样通过阀门的切换，使塔槽交替连接，既形成多段逆流浸出与洗涤，又使两个浸洗系统交连作业，有节奏地周而复始地完成了一个接一个的浸洗过程。

    附图2b是流态化塔结构示意图，其图面标号为：

    20-喷咀、21-锥底、22-塔体、23-扩大节、24-溢流管、25-溢流堰、26-加料孔、27-导流环。本工艺的物料从塔顶加入，浸出液从塔底的喷咀(20)泵入，经过起筛板作用的锥底(21)，调整截面流速后，进入塔体(22)、通过流态化床层进行浸出，在扩大节(23)内，经导流环(27)澄清，由溢流堰(25)汇集后，通过溢流管(24)流进循环槽，喷咀口径为塔体上直径的4～12％，塔体(22)为上大下小的园筒，锥角为0～10°，锥底的锥角为10～40°，溢流堰直径为塔体上直径的1～4倍，塔体扩大节内安装0～3个导流环，环间距为塔体上直径的1/15～1/6，整个塔由普通钢板制成，塔内衬有耐酸的胶板或耐酸瓷砖。

    用该流态化浸洗装置对风化程度高的还原钛铁矿进行稀盐酸三段逆流常压浸出和一段洗涤，粉化率小于0.3％，富钛料TiO₂大于95％。本发明的酸浸和洗涤过程均没有盐酸气泄漏、操作环境好、方便、设备运转正常，对含铬、锰、钡、铁等矿物料1～段浸出、浸取和洗涤同样适用。

    实施例一

    用攀枝花钛铁精矿为原料，其百分含量为TiO₂46.43、∑Fe32.06、Fe²⁺25.30、Mg5.95、CaO 1.17、SiO₂2.32、Al₂O₃ 1.25、粒度分析见表1。该原料在回转窑内750℃的温度条件下，氧化焙烧10分钟，燃料为烧水煤气、尾气氧含量为7％，Fe²⁺19.20％，焙烧料在空气中冷却到85℃时，利用本发明的流态化浸出装置进行三段逆流常压浸出，其条件见表2所列，浸出产品经洗涤过滤后，在960℃条件下锻烧成金红石，其产品百分组成为TiO₂92.27、TFe2.78，MgO+CaO0.56、Al₂O₃0.13、SiO₂ 2.15，细粉引起的损失为0.17％，直收率为94.50％，金红石的筛析列入表1的金红石。

    实施例2

    用广西海滨砂矿为原料，其百分组成为：TiO₂58.73、∑Fe26.35、Fe²⁺6.24、Mg0.1、CaO 0.28、SiO₂ 1.02、Al₂O₃ 1.25粒度分析如表3所示。在900℃的条件下氧化焙烧.使Fe²⁺达25.95％.其焙烧条件及浸出条件同实施例一，经洗涤过滤后，在960℃下煅烧成金红石，其成分为TiO₂ 92.27％、TFe2.78％、MgO+CaO 0.56％、Al₂O₃ 0.13％、SiO₂2.15％，细粉引起的损失为0.17％直收率为94.50％，金红石的筛分拆列入表3。

    表1  筛目  +60 -60 +90  -90  +110    -110    +130  -130  +150  -150  +190  -190  钛铁矿  4.5 28.51  9.5    20.7  9.6  16.0  17.0  金红石  0.4 19.8  12.6    28.1  10.0  10.7  18.2

    表2作业段溶液浓度％浸出温度℃表观流速cm/s浸出时间(小时)第一段第二段第三段    8.75    12.69    20.00    117    112    106 0.4～0.45 0.3～0.4 0.2～0.3    3    3    3

    表3  筛目  +40  -40  +60  -60  +80  -80  +100  -100  +140  -140  +200  -200  钛铁矿  1.84  31.91  49.85  12.35  3.16  0.81  0.07  金红石  0.20  30.89  51.63  13.77  3.03  0.44  0.04

    酸浸和洗涤过程均没有盐酸气泄漏，操作环境好，浸出装置完好，操作方便，运转正常。