[发明专利]含钛矿石的精选

说明书

技术领域

本发明涉及含钛矿石的精选(beneficiating)工艺。

发明背景

在商业上，通过硫酸盐工艺或氯化物工艺制备二氧化钛(TiO₂)。在氯化物工艺中，使含氧化钛的原料氯化以形成四氯化钛，然后将四氯化钛氧化以形成TiO₂。该操作最有效地开始于具有高TiO₂含量的含氧化钛原料。由于TiO₂市场的稳步增长，含氧化钛的原料例如钛铁矿和天然金红石的现有供应出现压力。新的滩砂/砂矿床具有变化的品质，而且很多不适合于使用现有商业工艺进行精选和选矿(upgrade)。

多种含钛矿石因地质接近性而含有高浓度的锆石和独居石矿物。原料中的锆石和独居石的杂质降低了其市场价值。锕系元素和镧系元素杂质产生了操作上的问题(例如，高的氯消耗量或粘床)，并产生具有高浓度的锕系元素、镧系元素和其它重金属的有害废料。由于很多国家的严格环境规定，因此来自氯化物和硫酸盐处理工厂的这样的有害废料的处理与处置导致废料处理与管理的成本提高。

已经开发了很多不同的精选方法用于提高含钛矿石的TiO₂含量。常规的方法包括物理方法例如重力分离、磁分离和电分离，用于分离磁铁矿、独居石、锆石和其它硅质脉石。其它常规方法是化学方法，例如酸浸滤和TiO₂矿渣形成(高温还原)，例如Becher法，其主要用于除去铁。

遗憾的是，这些常规的方法需要高品质的钛铁矿石。含有独居石、锆石和锕系元素的矿石由于结合的重金属磷酸盐因此即使在高温下也不会被还原。重要杂质例如Cr₂O₃、V₂O₅、Nb₂O₅(其降低颜料性能)以及CaO、Al₂O₃和SiO₂(其产生操作上的问题例如粘床)的水平在最终产物中仍然保持很高。同样，TiO₂相(假金红石、钛铁矿、锐钛矿)中的溶质杂质(Fe、Nb、U、Th、Ce)保留在原料中，并最终进入颜料级TiO₂制造工艺(氯化或硫酸盐化)的废料流。

造渣过程(其是用于颜料级TiO₂制备的主要原料来源)仅分离了原料中保留的铁氧化物和大多数其它杂质。造渣过程因为其电弧熔炼期间的温室气体排放和高的功率消耗而同样面临着不确定性。

鉴于改变TiO₂矿石的来源(矿床)和与废料处置相关的环境担忧，因此需要更加环境可接受的方法用于含钛矿石的精选。已公开了主要在采用碳的还原性气氛中焙烧钛铁矿与苏打(E1-Tawil等，Alkalireductive roasting of ilmenite ore，Canadian MetallurgicalQuarterly，1996，35(1)，31-37)。然而，在这种技术中的TiO₂产率不太高(<90重量％)，而且铁不会以金属形式得到分离，也不是可浸滤的制得产物。美国专利NO.6,346,223教导了氧化性碱金属的焙烧技术。然而，TiO₂的产率以及对锕系元素和镧系元素的分离低于氯化物工艺所需水平。

总之，需要开发含钛矿石的精选工艺以制备具有高的氧化钛含量和低的杂质水平的精选矿石。本发明提供了这样的改进工艺。

发明概述

本发明是用于含钛矿石的精选工艺。该工艺包含在氧的存在下煅烧含钛矿石、至少一种碱金属或碱土金属盐、和至少一种含氧化铝材料以形成煅烧的矿石混合物。然后，在氧且优选含氧化合物的存在下，采用含有氯化铵、氯化钠或氯化镁的溶液浸滤该煅烧的矿石混合物，以形成浸滤的矿石混合物，然后使其与酸接触以形成精选矿石。本发明的工艺产生高的氧化钛含量，同时显著降低了精选矿石中的杂质水平。

发明详述