[发明专利]一种钛铁矿矿相重构与钛铁分离的方法

说明书

本发明公开了一种钛铁矿矿相重构与钛铁分离的方法，在真空条件下，以激光为热源，辐照在钛铁矿表面，使其发生熔融、分解、挥发等物理化学反应，生成金属铁、金红石、磁铁矿、铁橄榄石、浮氏体、铁板钛矿等矿相，通过水冷收集装置沉积得到重构产物；重构产物再进行熔炼，使得微纳米级的铁晶粒长大聚集，渣金分离，破碎后物理分选，获得粒铁和高钛渣产物，实现钛铁分离。

技术领域

本发明涉及一种新型的铁矿物加工及冶炼方法，特别涉及一种钛铁矿无污染清洁化矿相重构与钛铁分离的方法。

背景技术

地球上90％以上的钛资源均是以钛铁矿的形式存在。对钛铁矿的矿相进行重构并实现钛铁分离，是传统钛工业技术革新的理论基础，并对未来开发战略多金属复杂矿物选冶新工艺的研发具有重要启迪作用。传统的矿相重构技术主要通过在焙烧和熔炼过程中添加适宜的化学物质，发生特定的化学反应，使得目标元素富集于目标矿相中实现；其后通过浮选、磁选、浸出、沉淀、蒸馏、挥发、电解等分离技术，将矿相重构产物中的目标矿相分离出来；分离出的目标矿相再通过与气基、碳基、活泼金属等化学物质发生还原反应的方式，制备出目标单质金属产物。传统的钛选冶工艺中，需要反复地进行重构、分离及还原，最终获得纯钛金属产品。专利CN201910068307.8公布了一种含钛铁矿物中有价组元的分离富集方法。该方法将含钛铁矿物与作为还原剂的硅铁合金粉共混，然后在电炉中将混合物先加热再保温以进行还原反应。将反应完后的产物磨成细粉，再进行磁选分离，得到含铁磁性物和含钛非磁性物。相比较于传统的高炉和电弧炉冶炼钛铁矿制备高钛渣技术,该发明的反应温度较低，但需要消耗大量的硅铁合金粉还原剂。专利CN202110344515.3公布了一种含钛矿物的处理方法，将含钛矿物置于熔融盐中，使得含钛矿石被转换成含铁磁性相和含钛非磁性相。然后，再通过施加磁力的方式将磁性相与非磁性相分离。该方法的一个缺点是其所需的高温熔融盐反应环境条件比较苛刻，且腐蚀性强。专利CN202010896667.X公布了一种钛铁矿处理方法，将钛铁矿置于氧化性气氛中焙烧，得到重构后的钛铁混合矿；将重构产物与煤粉混合进行磁化焙烧得到还原产物。将还原产物再进行球磨、磁选，得到铁精矿粉和钛渣。专利CN201910859476.3公布了一种用钛铁矿制取TiO₂粉体和氧化铁红的方法，该方法采用氟化法浸出钛铁矿，钛元素以含氟配离子形式进入溶液，铁元素最终形成氧化铁红产品。虽然该方法可以同时实现钛铁矿中矿相重构与钛铁分离，但存在着氟化物体系腐蚀性强，对环境污染大的问题。因此，本领域科研人员致力于开发一种钛铁矿无污染清洁化的矿相重构与钛铁分离新技术，对未来钛铁矿清洁高效综合利用具有重要意义。

发明内容

针对现有钛铁矿加工及冶炼技术存在的固有弊端，以及未来智能化清洁冶金的应用背景，本发明提供一种钛铁矿无污染清洁化矿相重构与钛铁分离的方法。在真空条件下，以激光为热源，辐照在钛铁矿表面，使其发生熔融、分解、挥发等物理化学反应，生成金属铁、磁铁矿、浮氏体、假板钛铁矿、二氧化钛、铁橄榄石等矿相，通过水冷收集装置沉积得到重构产物；重构产物再进行熔炼，使得微纳米级的铁晶粒长大聚集，渣金分离，破碎后物理分选，获得粒铁和高钛渣产物，实现钛铁分离。

为实现上述目的，本发明提供了一种钛铁矿矿相重构与钛铁分离的方法，包括如下步骤：

(1)将钛铁矿样品放置在水冷铜坩埚中，并在水冷铜坩埚上放置带有激光入射孔的水冷铜收集器；

(2)将(1)中的水冷铜坩埚和收集器一同置于真空环境中，设置激光辐照参数；

(3)开启真空泵源，待腔内真空度达到设定值，打开坩埚和收集器的循环冷却水路；

(4)开启激光，辐照钛铁矿样品至样品全部挥发，关闭激光电源、循环冷却水路，解除真空后，收集重构产物；

(5)将重构产物置于熔炼炉中，加热熔炼，获得熔炼产物；

(6)将熔炼产物破碎至设定粒度值，然后进行物理分选，获得分离产物粒铁和高钛渣。