[发明专利]矿石还原方法以及钛氧化物和铁金属化产物

说明书

本申请是申请日为2006年8月30日、发明名称为“矿石还原方法以及钛氧化物和铁金属化产物”的PCT/US2006/034194的发明专利申请的分案申请，原申请的中国专利申请号为200680031545.2。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年8月30日提交的美国临时申请No.60/712,556以及于2006年3月31日提交的美国临时申请No.60/788,173的权益，这两篇申请经引用而全文并入。

技术领域

本公开涉及用于对含钛氧化物的矿石进行选矿的方法。更特别地，本公开涉及用于在移动平底炉中还原矿石以形成可分离的铁金属和钛氧化物的方法。本公开还另外涉及钛和铁的金属化产物以及由含钛氧化物的矿石的选矿方法得到的产物。更特别地，本公开涉及通过在移动平底炉中还原矿石以形成分离的铁金属和钛氧化物的方法所制得的氧化钛和铁的金属化产物。

背景技术

移动平底炉已知被用于铁氧化物的还原中。将需要还原的铁氧化物与碳源一同投入旋转平底炉中，使投料暴露于还原条件下而形成包含铁和渣的还原产物。

在使用相对较纯的铁氧化物投料时，熔融的铁氧化物渣与炉内表面的反应值得关注。于是，该技术趋向于使用足量的用于固态还原的碳，从而在任何熔融相形成之前发生快速和几乎完全的铁氧化物的金属化。这样，当有固态相还原的产物熔融时，仅有相对很少的金属氧化物部分可用于形成渣成分。此外，由于铁金属在还原产物中占大部分，因而形成了大而易回收的铁颗粒形式。

可提供碳床来保护炉底部分，使其与反应投料不产生接触。由于投料中的碳成分足以提供快速的金属化，任何可能留下与碳床反应的很小比例的铁氧化物都将是过程的非主要和无关紧要的部分。

已提出采用转底方法还原低等级的矿石例如含有铁氧化物、高水平的二氧化钛和金属氧化物杂质的钛铁矿，以制造含有金属铁和高等级钛氧化物如合成金红石的还原产物，来代替使用转底方法以充分还原纯的铁氧化物。然而，在转底方法中还原低等级矿石例如含高水平二氧化钛和金属氧化物杂质的钛铁矿给该方法带来了在还原相对较纯的铁氧化物时未遇到的挑战。

当采用传统的转底还原技术从低等级矿石如钛铁矿中回收金属铁和钛氧化物时，分离出散布在相对较高含量的渣成分中的小块铁金属是一个问题。为解决该分离问题，已有人提出通常在电熔炉或中间平底炉中将铁氧化物主体进行金属化的第一预还原步骤以及随后的熔融步骤，以形成更易分离的熔融铁，其相比之下没有尾矿和具有较高含量的钛氧化物的渣。然而，这种多步骤的过程是一种高成本和高能密集型的解决方案。

由于金属铁小块多具有远小于50微米的直径，因此机械分离大量散布在渣中的小块铁金属是不现实的。由于50微米是通过筛分法进行分离的最小可行尺寸极限，多数具有400线/英寸筛的精细筛仅限于筛分50微米直径的颗粒，因此筛分这么大量的小块金属铁不是一种现实的分离方法。小块铁可通过化学分离，但化学分离将显著增加成本。

因此，需要一种节能的转底方法来实现从低等级矿石还原产物中容易地回收分离的金属铁和钛氧化物。

发明内容

本公开是关于一种从含有钛氧化物和氧化铁的矿石，通常为低等级的富含氧化钛和氧化铁的矿石，更典型地是钛铁矿中生产可分离的铁和氧化钛的方法，包括：

(a)形成包含碳基的材料和矿石的结块，结块中碳的量足以在升高的温度下将氧化铁还原成氧化亚铁，并形成富含氧化亚铁的熔融渣，

(b)将结块引入移动平底炉的碳床上；

(c)在移动平底炉中加热结块到足以还原和熔融结块以产生富含氧化亚铁的熔融渣的温度；

(d)在足以维持渣处于熔融态的炉温下，通过氧化亚铁和碳床中的碳的反应对熔融渣的氧化亚铁进行金属化；

(e)在对氧化亚铁的金属化后，固化渣以形成富含钛氧化物渣的基质，其中分布有多个金属铁颗粒；以及

(f)从渣中分离金属铁颗粒，分离出金属铁后，该渣中含有相对于基质总重量的大于85％的二氧化钛。

在一种实施方案中，结块的还原和熔融同时发生。此外，金属化也可以在足以使熔融的渣中形成的熔融金属铁小液滴熔合成大的熔融铁的金属液滴的条件下进行。

本公开还另外涉及富含氧化亚铁的熔融渣的金属化产物，其包括：在其中分布有多个金属铁颗粒的富含钛氧化物的渣的基质，该金属铁颗粒可从氧化钛基质中机械分离，机械分离出可机械分离的金属铁部分后，该基质含有相对于基质总重量的大于85％的氧化钛。

附图说明