[发明专利]一种含钛矿物的处理方法

说明书

本发明涉及含钛矿物加工领域，具体涉及一种含钛矿物的处理方法。本发明的一个方面涉及一种从含钛矿物例如钛铁矿(FeTiO₃)和Fe₂Ti₃O₉中分离铁和钛成分的方法，该方法不涉及有毒和有环境问题的化学物质(例如酸和氯)，在该方法中含钛矿石被转换成两个相，即含铁磁性相和含钛非磁性相，然后，可以通过施加磁体将磁性相与非磁性相分离，非磁性的含钛相可用于制备TiO₂和钛合金。本发明的另一个方面涉及一种用于对熔融盐中的含钛矿物例如钛铁矿(FeTiO₃)和Fe₂Ti₃O₉矿石进行改性的方法。该处理导致碱金属氧化物如Li₂O被结合到材料的结构中，所得粉末在能量存储装置中具有优异的性能，本发明的这个方面还涉及一种制备可用作可再充电电池中的电极材料的方法。

技术领域

本发明涉及含钛矿物加工领域，具体涉及一种含钛、铁和氧的矿物的处理方法。

技术背景

钛铁矿(FeTiO₃)的全球年产量和储量分别为7700亿吨和7700亿吨(2019年估计)。它是地壳中含量最丰富的矿物质之一，约占世界钛消费量的90％。实际上，钛铁矿是工业生产大块TiO₂的主要来源，而二氧化钛是白色颜料的主要来源[P.S.Croce,A.Mousavi,Asustainable sulfate process to produce TiO₂ pigments,Environ.Chem.Lett.11(2013)325–328]以及传统的钛合金和高级钛合金，例如铝化钛[A.R.Kamali,AU Patent2005100278,2005].值得一提的是，钛铁矿精矿的价格低廉，约为每吨200美元(2020年)，比TiO₂便宜约十倍。这是因为用于从钛铁矿中去除铁的湿法冶金和火法冶金方法通常是复杂且昂贵的。

分离钛和铁化合物的商业方法是基于氯化物和硫酸盐路线[C.Perks,G.Mudd,Titanium,zirconium resources and production:A state of the art literaturereview,Ore Geology Reviews 107(2019)629–646]。简而言之，硫酸盐法是湿法，其中将钛铁矿精矿在浓硫酸中于低于200℃的温度下消化以溶解钛和铁，然后优先将渗滤液中的TiO₂水溶液水解以使其沉淀。这种方法对环境有影响，包括废硫酸和其他废水的排放。[P.F.M.van Gaans,R.D.Schuiling,The waste sulfuric acid lake of the TiO₂-plantat Armyansk,Crimea,Ukraine.Part II.Modelling the chemical evolution withPHRQPITZ,Appl.Geochem.12(1997)187-201]。较昂贵的氯化物工艺是气相工艺，其中钛铁矿在约1000℃的高温下用碳和氯进行处理以产生四氯化钛。该方法的除了高成本外，还包括化学药品如TiCl₄和Cl₂对动物和人类有致命毒性的问题([T.Kapias,R.F.Griffiths,Accidental releases of titanium tetrachloride(TiCl₄)in the context of majorhazards—spill behaviour using REACTPOOL,J.Hazard.Mater.119(2005)41-52]和[F.P.Lees,R.M.J.Withers,The assessment of major hazards:The lethal toxicityof chlorine,J.Hazard.Mater.e 32,Issue 1,September 1992,Pages 113-116])。