超重力条件下含钛渣选择性析出与分离富钛相的基础研究

Vanadium titanium magnetite resources are rich in China. But its development and utilization is mainly smelting and extraction of iron, which makes the most of titanium resources in the ore gather in metallurgical slag in steel production process, then form a kind of titanium bearing blast furnace slag. Produced from typical Chinese mineral resources, its characteristics are high content of TiO2, low activity, fine and dispersed, which makes it failed to be effectively used by the traditional dressing and smelting method. Based on this, in this paper super gravity is introduced to the enrichment and separation process of titanium resources in titanium bearing blast furnace slag. With the help of super gravity characterized in mass transfer enhancement and strengthening of phase separation to promote the precipitation-growth and efficient separation of Ti rich phase from the slag. Previously the experiment was studied on separating Ti rich phase from CaO-TiO2-SiO2-Al2O3-MgO five membered slag (simulation of Ti bearing blast furnace slag) and obtained good results. In this project, further experiments will be researched on the Ti bearing blast furnace slag of more complex component, and focused on Ti rich phase nucleation, growth, enrichment, separation and other key issues on the condition of super gravity. It will break through the bottleneck problem troubling the conventional method, and realize efficient separation of titanium resources in the Ti bearing blast furnace slag by high gravity.

我国拥有丰富的钒钛磁铁矿资源，但其开发利用主要以冶炼和提取铁元素为主，这使得大部分钛资源从共生矿中经由钢铁生产流程聚集到了冶金炉渣中，形成了富含钛元素的高炉渣。这类我国特色矿产资源生产出的特色炉渣的TiO2含量高、活性低、含钛矿物细小且分散，依靠传统的选冶方法一直未能得到有效利用。基于此，本研究拟将超重力场引入到含钛高炉渣中钛资源的分离与富集过程之中，借助于超重力强化传质、强化相际分离的特点来促进渣中富钛相晶粒的析出长大及高效分离。申请者前期进行了超重力分离CaO-TiO2-SiO2-Al2O3-MgO五元渣系（模拟含钛高炉渣）中富钛相的实验研究，取得了较好的研究结果。本项目将在此基础上进一步对结构组成更为复杂的含钛高炉渣进行研究，围绕渣中富钛相在超重力环境下的形核、长大、富集及分离等关键问题展开实验和研究，以期突破常规方法所面临的瓶颈问题，实现含钛高炉渣中钛资源在超重力环境下的高效分离。

本项目将超重力场引入到含钛高炉渣中钛资源的分离与提取过程之中，提出了“超重力条件下选择性析出与分离含钛高炉渣中富钛相的方法”，以突破常规条件下难以实现渣中富钛相充分析出长大、传统选冶方法难以实现渣中富钛相有效分离的问题。.首先，研究了含钛高炉渣的熔析结晶行为及含钛矿物的相态重构规律。研究发现，含钛高炉渣熔析过程中，各物相的析出顺序依次为钙钛矿（1440-1410℃）、透辉石（1290-1260℃）、镁铝榴石（1200-1170℃），并确定适宜钙钛矿相选择性析出的最佳区间为1320-1290℃；同时明确了碱度、冷却制度等条件对钙钛矿析出行为的影响规律，为渣中钙钛矿的高效分离创造了有利条件。.然后，研究了含钛高炉渣中钙钛矿晶体在超重力环境下的长大行为及定向富集规律。研究发现，在超重力环境下，渣中钙钛矿晶体因与熔渣间存在密度差异而全部沿重力方向富集至试样的底部；而熔渣则沿超重力反方向迁移至试样的顶部，实现了钙钛矿晶体与熔渣在超重力场中较好的分离。同时明确了重力系数、时间、温度、冷却速率对钙钛矿晶体的形核、长大及富集行为等动力学信息的影响规律，为最大限度分离渣中钙钛矿提供了必要基础数据。.为了强化钙钛矿晶体与熔渣间分离，在超重力条件下进行过滤分离。研究发现，在超重力条件下，能够有效的将钙钛矿晶体全部拦截在过滤板之上，而熔渣则沿超重力方向通过过滤板渗流至下部坩埚中，实现了两相间的高效分离；经超重力分离得到的钙钛矿相中TiO2品位达到50%以上、回收率达到80%以上。并在系统的实验研究基础上，确定了超重力条件下含钛高炉渣中钙钛矿选择性析出与分离的工艺方法及工艺模型。.在前述已实现含钛高炉渣中钙钛矿选择性析出与分离的基础上，为了获得更高品位的富钛相，分别在氧化、或还原气氛下，通过控制适宜的物理化学条件，成功地将钛渣中钛元素选择性的分别富集于金红石、及黑钛石之中；并在超重力条件下分别实现了含钛高炉渣中金红石、及黑钛石晶体的选择性分离。