[发明专利]改进的合成金红石方法A

说明书

发明领域

本发明涉及从含钛的矿石中将钛作为合成金红石回收，尤其是从原生的钛铁矿、杂化钛铁矿以及其他含有较高比例的铁、或问题杂质或含有较低比例的钛的钛铁矿中将钛作为合成金红石回收。

发明背景

Becher还原法是从西澳大利亚矿沙床的钛铁矿成分中将二氧化钛回收的标准方法，在该法中，在还原性的气氛中并在煤的存在下，将钛铁矿在回转炉中焙烧，以将钛铁矿中的铁氧化物还原为金属铁，然后通过水相氧化（aqueous oxidation）来将金属铁分离以得到称为合成金红石的产品，该产品中TiO₂的含量通常为90%或更多。合成金红石为进一步加工成白色颜料或者其它应用的原料。这些进一步的加工对TiO₂含量的最低值很敏感，而且Becher还原法的产量又取决于比较严格的钛铁矿进料规格，例如，在西澳大利亚，铁含量被测定为FeO<12%。在实际情况中，这将Becher法的原料限制为次生钛铁矿（secondary ilmenites），也被称为蚀变钛铁矿（altered ilmenites）或蚀变钛铁矿（weathered ilmenites）。

原生钛铁矿含有更高的铁含量，不适合Becher法，但是在西澳大利亚，16%<FeO<24%的所谓的硫酸盐钛铁矿作为供选择的硫酸盐法制备TiO₂途径的原料具有商业价值。介于Becher法和硫酸盐法之间的钛铁矿被称为杂化钛铁矿，即12%<FeO<16%，其没有商业用途。

用于Becher法的钛铁矿原料中FeO含量的严格上限关系到防止在还原过程中铁的再氧化。虽然在炉中造成再氧化的情况难以测量和控制，但是已知的是，由于较高的铁含量和团聚或烧结以及成块的结果风险，原生钛铁矿的再氧化更显著。已知的是，可以通过降低炉的操作温度来应对易受影响的再氧化（从而应对团聚的形成），例如将具代表性的的Becher法的温度范围约1100-1150℃降低到1000-1025℃左右可以使团聚/烧结的形成降低到可接受的水平。问题是由此造成的合成金红石的生产速度是不经济的。

在次生钛铁矿资源正在减少的地区，用于Becher法的限制性钛铁矿规格成为愈发紧迫的问题。从这些资源的所有者的观点来看，对含有一定范围FeO含量的杂化钛铁矿和硫酸盐钛铁矿的资源已经并持续具有获取更大商业回报的希望。

在其他具有钛铁矿的省份，例如Victoria的Murray Basin和New SouthWales，由于不利杂质的含量高，尤其是镁和铬的含量高以及由此导致的钛的比例较低，因此这些现有的钛铁矿不适合作为Becher法的原料。例如，对于西澳大利亚次生钛铁矿用于Becher法的标准进料规格是FeO<12%、57%<TiO₂<65%。Murray Basin的钛铁矿中TiO₂的含量通常为54-56%左右，镁的含量通常为1.5-2.5%，而铬的含量大约为1%。

因此，本发明的目的在于提供从原生钛铁矿、杂化钛铁矿以及含有较高比例的铁或问题杂质、或含有较低比例的钛的钛铁矿中回收二氧化钛的商业上有用的方法。这些钛铁矿在本文统称为不适用于标准Becher法的钛铁矿。

将本说明书中的任何现有技术作为参考不是或不应当被认为是承认或以任何形式暗示，该现有技术构成澳大利亚或任何其它司法管辖内的公知常识的部分或者该现有技术可以被本领域技术人员合理地预期成为被确定、被理解和被认为是相关的。

发明概述

对于FeO>16%的原生钛铁矿而言，已发现在1100℃下通过再氧化的烧结形成的速率可能高达FeO<12%的钛铁矿的6倍，并且这仅仅可以通过将还原处理的温度大幅降低到通常Becher法所使用的温度之下来防止。还已经发现，>93%的可接受级合成金红石仍然可以在如1025℃的温度下生产，但是合成金红石的生产速率不可接受得低。根据本发明，已惊奇地发现，使得原生钛铁矿或杂化钛铁矿用于Becher法不经济的该不可接受的结果，可以通过使用具有气化反应性的煤还原剂来补偿并确实克服，所述煤还原剂的气化反应性使得铁氧化物和钛物质的还原速率提高。