製備人造金紅石的系統和方法與流程
2023-07-22 18:35:26
本發明涉及冶金領域，具體而言，本發明涉及製備人造金紅石的系統和方法。
背景技術：
我國釩鈦磁鐵礦儲量極其豐富，然而傳統的高爐-轉爐流程和迴轉窯-電爐流程都只能回收其中絕大部分鐵和大部分釩，其中的鈦資源無法實現回收利用，造成巨大的資源浪費和環境問題。相比傳統的高爐流程，豎爐還原-電爐熔分流程能夠得到含釩鐵水和含鈦熔分渣，對於實現鐵、釩、鈦資源的綜合利用具有顯著的優勢。然而，釩鈦磁鐵礦豎爐還原-電爐熔分技術目前仍停留在研究階段，未見工業化報導。釩鈦磁鐵礦豎爐還原-電爐熔分得到的熔分渣中tio2品位較低，只有50％左右，鈣鋁鎂矽雜質的含量又較高，達到30～40％。目前已有過硫酸法鈦白路線回收低品位含鈦熔分渣的報導，但是由於其中的雜質含量高，造成熔分渣的酸解率偏低，鈦液濃度低而水解困難，難以生產出合格的鈦白粉，而且由於生產成本偏高，也很難實現工業化生產。另一方面，氯化法鈦白和海綿鈦對富鈦料的要求要顯著高於酸溶法鈦白，所以這種低鈦品位富鈦熔分渣更加無法滿足氯化法鈦白或海綿鈦的要求。從以上角度分析，低鈦品位的熔分渣首先需要經過提質，達到人造金紅石或高品質鈦渣的鈦品位要求才能直接作為氯化鈦白和海綿鈦生產的原料。
然而，現有的製備人造金紅石的手段仍有待改進。
技術實現要素：
本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在於提出製備人造金紅石的系統和方法。該系統採用噴吹管向含鈦熔分渣物料內部噴吹氧化性氣體，可以顯著提高含鈦熔分渣中鈦化合物向tio2的轉化率，從而提高製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
在本發明的第一方面，本發明提出了一種製備人造金紅石的系統。根據本發明的實施例，該系統包括：
渣包，所述渣包內設置有電極，所述渣包具有高溫含鈦熔分渣入口、矽石入口和混合物料出口；
反應裝置，所述反應裝置內限定有反應區和與所述反應區連通的混合物料入口和氧化物料出口，所述混合物料入口與所述混合物料出口相連；
噴吹管，所述噴吹管的出口端延伸至所述反應區內，所述噴吹管包括氧化性氣體輸送管道、氮氣輸送管道和晶種輸送管道，其中，所述氧化性氣體輸送管道由第一段管道和第二段管道組成，所述氮氣輸送管外套在所述第二段管道上，所述氮氣輸送管具有垂直於所述氮氣輸送管設置的氮氣入口；所述晶種輸送管道上設置有晶種入口和位於所述晶種入口下遊的控制閥，所述晶種輸送管道與所述第一段管道並列設置且所述晶種輸送管道的入口與所述第一段管道的入口相連通，所述晶種輸送管道的出口與所述第一段管道的出口相連通；
破碎裝置，所述破碎裝置具有氧化物料入口和物料粉末出口，所述氧化物料入口與所述氧化物料出口相連；
選礦裝置，所述選礦裝置具有物料粉末入口、粗二氧化鈦出口、中礦出口和尾礦出口，所述物料粉末入口與所述物料粉末出口相連，所述中礦出口與所述混合物料入口相連；
酸洗裝置，所述酸洗裝置具有粗二氧化鈦入口、鹽酸入口和漿料出口，所述粗二氧化鈦入口與所述粗二氧化鈦出口相連；
過濾裝置，所述過濾裝置具有漿料入口、廢液出口和人造金紅石出口，所述漿料入口與所述漿料出口相連。
根據本發明實施例的製備人造金紅石的系統通過將含鈦熔分渣和矽石供給至渣包中進行混料和保溫，以便得到混合物料，進而將混合物料轉移至反應裝置中，並採用噴吹管向混合物料中噴吹氧化性氣體，以便將混合物料中的鈦化合物氧化為tio2，得到氧化物料，完成噴吹後向物料中噴吹金紅石晶種，以便進一步促進金紅石相的長大；其中，噴吹管的出口端延伸至反應區內混合物料的內部，從而可以大大改善氧化反應的動力學條件，縮短噴吹時間，提高低價鈦化合物向tio2的轉化率；進而，將氧化物料供給至破碎裝置中進行破碎處理，並將得到的物料粉末供給至選礦裝置中進行選礦處理，以便將金紅石單體與脈石分離，得到粗二氧化鈦、中礦和尾礦，後續將粗二氧化鈦供給至酸洗裝置中進行酸洗處理，並將酸洗處理得到的漿料供給至過濾裝置中進行過濾處理，以便得到人造金紅石產品。該系統通過採用噴吹管向含鈦熔分渣物料內部噴吹氧化性氣體，顯著提高了含鈦熔分渣中鈦化合物向tio2的轉化率，從而提高了製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
另外，根據本發明上述實施例的製備人造金紅石的系統還可以具有如下附加的技術特徵：
在本發明的一些實施例中，所述晶種輸送管道內限定有適於存放金紅石晶種的晶種倉。由此，可以通過向混合物料中噴吹金紅石晶種，進一步促進物料中金紅石相的長大，提高金紅石相的粒徑，為後續選礦處理提供更大便利。
在本發明的一些實施例中，所述氧化性氣體輸送管道的內徑為10～15mm，所述氮氣輸送管道的內徑為28～35mm，所述氮氣入口的內徑為3～8mm，所述氧化性氣體輸送管道和所述氮氣輸送管道的厚度均為2～4mm。
在本發明的一些實施例中，所述晶種輸送管道出料段的中軸線與所述氧化性氣體輸送管道中軸線之間形成的開口朝向所述第一段管道的夾角為30～90度。
在本發明的一些實施例中，所述選礦裝置為搖床，所述酸洗裝置為密封浸出釜。
在本發明的第二方面，本發明提出了一種採用上述實施例的製備人造金紅石的系統製備人造金紅石的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：將含鈦熔分渣和矽石供給至渣包中進行混料和保溫，以便得到混合物料；將所述混合物料轉移至反應裝置內，並採用噴吹管向所述混合物料中噴吹氧化性氣體、氮氣和金紅石晶種，以便對所述混合物料進行氧化改性，得到氧化物料；將所述氧化物料供給至破碎裝置中進行破碎處理，以便得到物料粉末；將所述物料粉末供給至選礦裝置中進行選礦處理，以便得到粗二氧化鈦、中礦和尾礦；將所述粗二氧化鈦和鹽酸供給至酸洗裝置中進行酸洗處理，以便得到漿料；以及將所述漿料供給至過濾裝置中進行過濾處理，以便得到人造金紅石。
由此，根據本發明實施例的製備人造金紅石的方法通過將含鈦熔分渣和矽石供給至渣包中進行混料和保溫，以便得到混合物料，進而將混合物料轉移至反應裝置中，並採用噴吹管向混合物料中噴吹氧化性氣體，以便將混合物料中的鈦化合物氧化為tio2，得到氧化物料，完成噴吹後向物料中噴吹金紅石晶種，以便進一步促進金紅石相的長大；其中，噴吹管的出口端延伸至反應區內混合物料的內部，從而可以大大改善氧化反應的動力學條件，縮短噴吹時間，提高低價鈦化合物向tio2的轉化率；進而，將氧化物料供給至破碎裝置中進行破碎處理，並將得到的物料粉末供給至選礦裝置中進行選礦處理，以便將金紅石單體與脈石分離，得到粗二氧化鈦、中礦和尾礦，後續將粗二氧化鈦供給至酸洗裝置中進行酸洗處理，並將酸洗處理得到的漿料供給至過濾裝置中進行過濾處理，以便得到人造金紅石產品。該方法通過採用噴吹管向含鈦熔分渣物料內部噴吹氧化性氣體，顯著提高了含鈦熔分渣中鈦化合物向tio2的轉化率，從而提高了製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
另外，根據本發明上述實施例的製備人造金紅石的方法還可以具有如下附加的技術特徵：
在本發明的一些實施例中，將所述混合物料在1550～1600攝氏度下保溫40～60min後轉移至所述反應裝置內。由此，可以進一步提高製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
在本發明的一些實施例中，所述矽石中的sio2含量不低於90wt％，所述矽石的加入量為所述含鈦熔分渣質量的30～40％。由此，可以進一步提高製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
在本發明的一些實施例中，所述混合物料中cao與sio2的質量比不高於0.8，sio2與tio2的質量比不高於1.6。由此，可以進一步提高製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
在本發明的一些實施例中，所述氧化性氣體為氧氣或氧氮混合氣，所述氧氮混合氣中氧氣的體積分數為20～90v％。由此，可以進一步提高製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
在本發明的一些實施例中，所述噴吹時間為10～30min，且在所述噴吹完成前3～5min，向所述混合物料中噴吹金紅石晶種直至所述噴吹完成。由此，可以通過向混合物料中噴吹金紅石晶種，進一步促進物料中金紅石相的長大，提高金紅石相的粒徑，為後續選礦處理提供更大便利。
在本發明的一些實施例中，所述物料粉末的平均粒徑為74～150微米。由此，可以進一步提高後續選礦處理中的選礦效果。
在本發明的一些實施例中，採用搖床進行所述選礦處理，所述搖床的衝次為300～360次/min，衝程為8～12mm，給礦濃度為20～40％，其中給礦濃度是指物料粉末佔礦漿的質量分數，其中礦漿是指水和物料粉末的混合物。優選地，衝次為320～360次/min，衝程為8～10mm，給礦濃度為30～35％。由此，可以進一步提高製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
在本發明的一些實施例中，所述鹽酸的濃度為10～20wt％，所述鹽酸與所述物料粉末的液固比為3～5:1，所述酸洗處理是在25～90攝氏度下進行30～120min完成的。優選地，所述鹽酸的濃度為15～20wt％，所述鹽酸與所述物料粉末的液固比為2～4:1，所述酸洗處理是在70～90攝氏度下進行60～90min完成的。由此，可以進一步提高製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是根據本發明一個實施例的製備人造金紅石的系統結構示意圖；
圖2是根據本發明一個實施例的噴吹管結構示意圖；
圖3是根據本發明一個實施例的製備人造金紅石的方法流程示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「相連」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。
在本發明的第一方面，本發明提出了一種製備人造金紅石的系統。根據本發明的實施例，參考圖1～2，該系統包括：渣包100、反應裝置200、噴吹管300、破碎裝置400、選礦裝置500、酸洗裝置600和過濾裝置700。
根據本發明的實施例，渣包100內設置有電極110，渣包100具有高溫含鈦熔分渣入口101、矽石入口102和混合物料出口103，渣包100適於將含鈦熔分渣和矽石進行混料和保溫，以便得到混合物料。具體的，釩鈦磁鐵礦經還原-熔分得到的含鈦熔分渣中的tio2品位約50wt％，鈣鋁鎂矽雜質含量高達30～40wt％，含鈦熔分渣由熔分裝置出渣溫度在1500～1600℃，出渣後直接進入渣包中，並向渣包中配入sio2含量不低於90wt％的矽石，同時採用電極加熱的方式將渣包中物料溫度調整至1500～1600℃，以便得到混合物料。
根據本發明的具體實施例，在得到混合物料後，可以將混合物料在1550～1600℃下保溫40～60min後轉移至後續反應裝置中，發明人發現，通過將混合物料進行保溫可以促進改性後的熔渣中金紅石相的形核與長大，同時在上述溫度下熔渣粘度較低，利於金紅石組分在渣中的擴散傳質，從而使金紅石聚集長大。
根據本發明的實施例，矽石的粒徑並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，矽石可以採用平均粒徑不高於2mm的矽石粉，且矽石粉中的粉末含量不低於90wt％。
根據本發明的實施例，矽石的加入量並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，矽石的加入量可以為含鈦熔分渣質量的30～40％，具體地，矽石可以與熔渣中的cao結合生成穩定的矽酸鈣，從而使金紅石游離出來，達到製備人造金紅石的目的。如果不加矽石，渣中的tio2和cao極易結合成穩定的鈣鈦礦catio3，導致人造金紅石收率降低。採用該配入量能夠有效地促進金紅石的單體解離，同時又可以使熔渣保持合適的熔點和流動性便於後續的操作。如果，矽石配入量過多，會使熔渣熔點升高、粘度增大，不利於熔渣成分均勻化和金紅石相在形核與長大過程中的擴散傳質作用；矽石配入量太少，則不能保證金紅石的充分解離。
根據本發明的具體實施例，混合物料中cao與sio2的質量比不高於0.8，sio2與tio2的質量比不高於1.6，優選地，可以進一步將混合物料中cao與sio2的質量比優化為質量比cao:sio2＝0.6～0.75，sio2:tio2＝1.4～1.55，由此，可以進一步提高人造金紅石的收率。
根據本發明的實施例，反應裝置200內限定有反應區210和與反應區210連通的混合物料入口201和氧化物料出口202，混合物料入口201與混合物料出口103相連，反應裝置200適於盛放渣包中的混合物料，並利用噴吹管中噴吹的氧化性氣體將混合物料進行氧化改性，以便得到氧化物料。根據本發明的一個具體實施例，反應裝置可以為地坑。
根據本發明的實施例，參考圖2，噴吹管300的出口端延伸至反應區310內，噴吹管300包括氧化性氣體輸送管道310、氮氣輸送管道320和晶種輸送管道330，其中，氧化性氣體輸送管310道由第一段管道311和第二段管道312組成，氮氣輸送管320外套在第二段管道312上，氮氣輸送管320具有垂直於氮氣輸送管320設置的氮氣入口321；晶種輸送管道330上設置有晶種入口331和位於晶種入口331下遊的控制閥332，晶種輸送管道330與第一段管道311並列設置且晶種輸送管道330的入口與第一段管道311的入口相連通，晶種輸送管道330的出口與第一段管道311的出口相連通，噴吹管300適於向混合物料中噴吹氧化性氣體、氮氣和金紅石晶種，以便對混合物料進行氧化改性，得到氧化物料。具體地，混合物料進入反應裝置的反應區後，通過採用該噴吹管向混合物料內部噴吹氧化性氣體，可以將混合物料中低價鈦氧化物以及碳氮化鈦等鈦化合物充分氧化為tio2，並且通過向混合物料中噴吹金紅石晶種，進一步促進物料中金紅石相的長大，提高金紅石相的粒徑，為後續選礦處理提供更大便利。
根據本發明的具體實施例，雙層噴吹管的總長度可以為4～8m，採用耐熱不鏽鋼製成，其內側的氧化性氣體輸送管道的內徑可以為10～15mm，氧化性氣體輸送管道的氧化性氣體入口可以為10～15mm，外側的氮氣輸送管道內徑可以為28～35mm，氮氣入口的內徑可以為3～8mm，氧化性氣體輸送管道和氮氣輸送管道的厚度均可以為2～4mm，由此，可以進一步提高噴吹效果，並且採用雙層噴吹管設計，還可以有效減輕混合物料對噴吹管的強烈侵蝕。
根據本發明的實施例，氧化性氣體的種類並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，氧化性氣體可以為氧氣或氧氮混合氣，當採用氧氮混合氣時，氧氮混合氣中的氧氣的體積分數可以為20～90v％，由此，可以進一步提高得到的混合物料中tio2的收率。
根據本發明的具體實施例，氧化性氣體輸送管道噴吹氧化性氣體時，氧化性氣體壓力可以為0.15～0.4mpa，當氧化性氣體採用氧氣時，氧氣流量可以為15～60l/(min·kg渣)；當氧化性氣體採用氮氧混合氣時，氧化性氣體流量q可以按「q＝(15～60/氮氧混合氣中氧氣體積分數」計算，單位為l/(min·kg渣)。
根據本發明的具體實施例，氮氣輸送管道噴吹氮氣時，氮氣壓力可以為0.2～0.4mpa，氮氣的流量可以為2～30l/(min·kg渣)。
根據本發明的實施例，晶種輸送管道內限定有適於存放金紅石晶種的晶種倉，可以在進行噴吹前預先向晶種倉內添加金紅石晶種，通過向混合物料中噴吹金紅石晶種，可以進一步促進物料中金紅石相的長大，提高金紅石相的粒徑，為後續選礦處理提供更大便利。
根據本發明的一個具體實施例，晶種輸送管道可以進一步包括等徑段和變徑段，上述晶種倉限定在晶種輸送管道的等徑段，等徑段的直徑可以為30～45mm。
根據本發明的具體實施例，晶種輸送管道出料段的中軸線與氧化性氣體輸送管道中軸線之間形成的開口朝向第一段管道的夾角可以30～90度，由此可以進一步利於噴吹晶種。
根據本發明的具體實施例，噴吹的時間可以為10～30min，噴吹過程中應控制混合物料溫度保持在1500～1600℃之間，且在噴吹完成前3～5min，可以打開位於晶種入口下遊的控制閥，向混合物料中噴吹金紅石晶種直至噴吹完成。
根據本發明的實施例，採用本發明的噴吹管處理混合物料可以獲得更佳的氧化改性和金紅石長大的效果，且通過向混合物料深處進行噴吹，可以大大改善氧化反應的動力學條件，同時兼有氣體攪拌作用；另一方面，採用噴吹氣體作為載氣將金紅石晶種吹入混合物料內部並藉助氣體攪拌作用，可以最大限度地實現晶種粉末在混合物料中的彌散分布，避免物料發生團聚，從而促進混合物料中金紅石相的長大。
根據本發明的一個具體實施例，在完成噴吹後，可以將混合物料在空氣中自然緩冷至室溫，由此可以利用高溫擴散傳質作用，進一步促進金紅石相的長大。經檢測，通過將混合物料緩冷至室溫，可以使物料中粒徑大於100微米的金紅石顆粒佔總金紅石顆粒數量的80％以上，顯著優於現有技術。
根據本發明的實施例，破碎裝置400具有氧化物料入口401和物料粉末出口402，氧化物料入口401與氧化物料出口202相連，破碎裝置400適於將氧化物料進行破碎處理，以便得到物料粉末。
根據本發明的實施例，物料粉末的粒徑並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，物料粉末的平均粒徑可以為74～150微米，由此，可以進一步提高後續選礦處理中的選礦效果。
根據本發明的實施例，選礦裝置500具有物料粉末入口501、粗二氧化鈦出口502、中礦出口503和尾礦出口504，物料粉末入口501與物料粉末出口402相連，中礦出口503與混合物料入口201相連，選礦裝置500適於將物料粉末進行選礦處理，以便得到粗二氧化碳、中礦和尾礦。
根據本發明的具體實施例，選礦裝置可以為搖床，通過採用搖床進行選礦處理，可以有效地將混合物料中的金紅石單體與脈石分離，得到tio2含量在45～70wt％的粗金紅石產品。
根據本發明的一個具體實施例，可以將選礦處理得到的中礦返回反應裝置中進行氧化改性，從而可以進一步提高tio2的回收率。
根據本發明的實施例，選礦處理的條件並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，可以採用搖床進行選礦處理，且搖床的衝次為300～360次/min，衝程為8～12mm，給礦濃度為20～40％，優選地，衝次為320～360次/min，衝程為8～10mm，給礦濃度為30～35％。由此，可以進一步提高物料中粗金紅石、中礦和尾礦的分離效果。
根據本發明的實施例，酸洗裝置600具有粗二氧化鈦入口601、鹽酸入口602和漿料出口603，粗二氧化鈦入口601與粗二氧化鈦出口502相連，酸洗裝置600適於利用鹽酸將粗二氧化鈦進行酸洗處理，以便得到漿料。具體地，通過酸洗處理可以將粗二氧化鈦中的mgo、cao等酸溶性雜質充分去除，經檢測，酸性處理得到的漿料中能滿足mgo和cao的總含量不高於3wt％。
根據本發明的具體實施例，酸性裝置可以為密封浸出釜，且密封浸出釜內設置有攪拌器、加熱體和溫度計，並通過控制系統控制控制攪拌器和加熱體工作，以便調節密封浸出釜內物料的溫度。
根據本發明的實施例，酸洗處理的條件並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，酸洗處理中鹽酸的濃度可以為10～20wt％，鹽酸與物料粉末的液固比可以為3～5:1，酸洗處理可以在25～90攝氏度下進行30～120min完成；優選地，酸洗處理中鹽酸的濃度可以為15～20wt％，鹽酸與物料粉末的液固比可以為2～4:1，酸洗處理可以在70～90攝氏度下進行60～90min完成。由此，可以進一步提高製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
根據本發明的實施例，過濾裝置700具有漿料入口701、廢液出口702和人造金紅石出口703，漿料入口701與漿料出口603相連，過濾裝置700適於將酸洗處理得到的漿料進行過濾處理，以便得到人造金紅石產品。
由此，根據本發明實施例的製備人造金紅石的系統通過將含鈦熔分渣和矽石供給至渣包中進行混料和保溫，以便得到混合物料，進而將混合物料轉移至反應裝置中，並採用噴吹管向混合物料中噴吹氧化性氣體，以便將混合物料中的鈦化合物氧化為tio2，得到氧化物料，完成噴吹後向物料中噴吹金紅石晶種，以便進一步促進金紅石相的長大；其中，噴吹管的出口端延伸至反應區內混合物料的內部，從而可以大大改善氧化反應的動力學條件，縮短噴吹時間，提高低價鈦化合物向tio2的轉化率；進而，將氧化物料供給至破碎裝置中進行破碎處理，並將得到的物料粉末供給至選礦裝置中進行選礦處理，以便將金紅石單體與脈石分離，得到粗二氧化鈦、中礦和尾礦，其中中礦可以返回反應裝置中繼續進行氧化改性，後續將粗二氧化鈦供給至酸洗裝置中進行酸洗處理，並將酸洗處理得到的漿料供給至過濾裝置中進行過濾處理，以便得到人造金紅石產品。該系統通過採用噴吹管向含鈦熔分渣物料內部噴吹氧化性氣體，顯著提高了含鈦熔分渣中鈦化合物向tio2的轉化率，從而提高了製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
在本發明的第二方面，本發明提出了一種採用上述實施例的製備人造金紅石的系統製備人造金紅石的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：將含鈦熔分渣和矽石供給至渣包中進行混料和保溫，以便得到混合物料；將混合物料轉移至反應裝置內，並採用噴吹管向混合物料中噴吹氧化性氣體、氮氣和金紅石晶種，以便對混合物料進行氧化改性，得到氧化物料；將氧化物料供給至破碎裝置中進行破碎處理，以便得到物料粉末；將物料粉末供給至選礦裝置中進行選礦處理，以便得到粗二氧化鈦、中礦和尾礦；將粗二氧化鈦和鹽酸供給至酸洗裝置中進行酸洗處理，以便得到漿料；以及將漿料供給至過濾裝置中進行過濾處理，以便得到人造金紅石。
下面參考圖3對根據本發明實施例的製備人造金紅石的方法進行詳細描述。根據本發明的實施例，該方法包括：
s100：混料和保溫
該步驟中，將含鈦熔分渣和矽石供給至渣包中進行混料和保溫，以便得到混合物料。具體的，釩鈦磁鐵礦經還原-熔分得到的含鈦熔分渣中的tio2品位約50wt％，鈣鋁鎂矽雜質含量高達30～40wt％，含鈦熔分渣由熔分裝置出渣溫度在1500～1600℃，出渣後直接進入渣包中，並向渣包中配入sio2含量不低於90wt％的矽石，同時採用電極加熱的方式將渣包中物料溫度調整至1500～1600℃，以便得到混合物料。
根據本發明的具體實施例，在得到混合物料後，可以將混合物料在1550～1600℃下保溫40～60min後轉移至後續反應裝置中，發明人發現，通過將混合物料進行保溫可以促進改性後的熔渣中金紅石相的形核與長大，同時在上述溫度下熔渣粘度較低，利於金紅石組分在渣中的擴散傳質，從而使金紅石聚集長大。
根據本發明的實施例，矽石的粒徑並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，矽石可以採用平均粒徑不高於2mm的矽石粉，且矽石粉中的粉末含量不低於90wt％。
根據本發明的實施例，矽石的加入量並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，矽石的加入量可以為含鈦熔分渣質量的30～40％，具體地，矽石可以與熔渣中的cao結合生成穩定的矽酸鈣，從而使金紅石游離出來，達到製備人造金紅石的目的。如果不加矽石，渣中的tio2和cao極易結合成穩定的鈣鈦礦catio3，導致人造金紅石收率降低。採用該配入量能夠有效地促進金紅石的單體解離，同時又可以使熔渣保持合適的熔點和流動性便於後續的操作。如果，矽石配入量過多，會使熔渣熔點升高、粘度增大，不利於熔渣成分均勻化和金紅石相在形核與長大過程中的擴散傳質作用；矽石配入量太少，則不能保證金紅石的充分解離。
根據本發明的具體實施例，混合物料中cao與sio2的質量比不高於0.8，sio2與tio2的質量比不高於1.6，優選地，可以進一步將混合物料中cao與sio2的質量比優化為質量比cao:sio2＝0.6～0.75，sio2:tio2＝1.4～1.55，由此，可以進一步提高人造金紅石的收率。
s200：轉移混合物料
該步驟中，將混合物料轉移至反應裝置內，並採用噴吹管向混合物料中噴吹氧化性氣體、氮氣和金紅石晶種，以便對混合物料進行氧化改性，得到氧化物料。
根據本發明的實施例，反應裝置內限定有反應區和與反應區連通的混合物料入口和氧化物料出口，混合物料入口與混合物料出口相連，反應裝置適於盛放渣包中的混合物料，並利用噴吹管中噴吹的氧化性氣體將混合物料進行氧化改性，以便得到氧化物料。根據本發明的一個具體實施例，反應裝置可以為地坑。
根據本發明的實施例，參考圖2，噴吹管300的出口端延伸至反應區310內，噴吹管300包括氧化性氣體輸送管道310、氮氣輸送管道320和晶種輸送管道330，其中，氧化性氣體輸送管310道由第一段管道311和第二段管道312組成，氮氣輸送管320外套在第二段管道312上，氮氣輸送管320具有垂直於氮氣輸送管320設置的氮氣入口321；晶種輸送管道330上設置有晶種入口331和位於晶種入口331下遊的控制閥332，晶種輸送管道330與第一段管道311並列設置且晶種輸送管道330的入口與第一段管道311的入口相連通，晶種輸送管道330的出口與第一段管道311的出口相連通，噴吹管300適於向混合物料中噴吹氧化性氣體、氮氣和金紅石晶種，以便對混合物料進行氧化改性，得到氧化物料。具體地，混合物料進入反應裝置的反應區後，通過採用該噴吹管向混合物料內部噴吹氧化性氣體，可以將混合物料中低價鈦氧化物以及碳氮化鈦等鈦化合物充分氧化為tio2，並且通過向混合物料中噴吹金紅石晶種，進一步促進物料中金紅石相的長大，提高金紅石相的粒徑，為後續選礦處理提供更大便利。
根據本發明的具體實施例，雙層噴吹管的總長度可以為4～8m，採用耐熱不鏽鋼製成，其內側的氧化性氣體輸送管道的內徑可以為10～15mm，氧化性氣體輸送管道的氧化性氣體入口可以為10～15mm，外側的氮氣輸送管道內徑可以為28～35mm，氮氣入口的內徑可以為3～8mm，氧化性氣體輸送管道和氮氣輸送管道的厚度均可以為2～4mm，由此，可以進一步提高噴吹效果，並且採用雙層噴吹管設計，還可以有效減輕混合物料對噴吹管的強烈侵蝕。
根據本發明的實施例，氧化性氣體的種類並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，氧化性氣體可以為氧氣或氧氮混合氣，當採用氧氮混合氣時，氧氮混合氣中的氧氣的體積分數可以為20～90v％，由此，可以進一步提高得到的混合物料中tio2的收率。
根據本發明的具體實施例，氧化性氣體輸送管道噴吹氧化性氣體時，氧化性氣體壓力可以為0.15～0.4mpa，當氧化性氣體採用氧氣時，氧氣流量可以為15～60l/(min·kg渣)；當氧化性氣體採用氮氧混合氣時，氧化性氣體流量q可以按「q＝(15～60/氮氧混合氣中氧氣體積分數」計算，單位為l/(min·kg渣)。
根據本發明的具體實施例，氮氣輸送管道噴吹氮氣時，氮氣壓力可以為0.2～0.4mpa，氮氣的流量可以為2～30l/(min·kg渣)。
根據本發明的實施例，晶種輸送管道內限定有適於存放金紅石晶種的晶種倉，可以在進行噴吹前預先向晶種倉內添加金紅石晶種，通過向混合物料中噴吹金紅石晶種，可以進一步促進物料中金紅石相的長大，提高金紅石相的粒徑，為後續選礦處理提供更大便利。
根據本發明的一個具體實施例，晶種輸送管道可以進一步包括等徑段和變徑段，上述晶種倉限定在晶種輸送管道的等徑段，等徑段的直徑可以為30～45mm。
根據本發明的具體實施例，晶種輸送管道出料段的中軸線與氧化性氣體輸送管道中軸線之間形成的開口朝向第一段管道的夾角可以30～90度，由此可以進一步利於噴吹晶種。
根據本發明的具體實施例，噴吹的時間可以為10～30min，噴吹過程中應控制混合物料溫度保持在1500～1600℃之間，且在噴吹完成前3～5min，可以打開位於晶種入口下遊的控制閥，向混合物料中噴吹金紅石晶種直至噴吹完成。
根據本發明的實施例，採用本發明的噴吹管處理混合物料可以獲得更佳的氧化改性和金紅石長大的效果，且通過向混合物料深處進行噴吹，可以大大改善氧化反應的動力學條件，同時兼有氣體攪拌作用；另一方面，採用噴吹氣體作為載氣將金紅石晶種吹入混合物料內部並藉助氣體攪拌作用，可以最大限度地實現晶種粉末在混合物料中的彌散分布，避免物料發生團聚，從而促進混合物料中金紅石相的長大。
根據本發明的一個具體實施例，在完成噴吹後，可以將混合物料在空氣中自然緩冷至室溫，由此可以利用高溫擴散傳質作用，進一步促進金紅石相的長大。經檢測，通過將混合物料緩冷至室溫，可以使物料中粒徑大於100微米的金紅石顆粒佔總金紅石顆粒數量的80％以上，顯著優於現有技術。
s300：破碎處理
該步驟中，將氧化物料供給至破碎裝置中進行破碎處理，以便得到物料粉末。
根據本發明的實施例，物料粉末的粒徑並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，物料粉末的平均粒徑可以為74～150微米，由此，可以進一步提高後續選礦處理中的選礦效果。
s400：選礦處理
該步驟中，將物料粉末供給至選礦裝置中進行選礦處理，以便得到粗二氧化鈦、中礦和尾礦。
根據本發明的具體實施例，選礦裝置可以為搖床，通過採用搖床進行選礦處理，可以有效地將混合物料中的金紅石單體與脈石分離，得到tio2含量在45～70wt％的粗金紅石產品。
根據本發明的一個具體實施例，可以將選礦處理得到的中礦返回反應裝置中進行氧化改性，從而可以進一步提高tio2的回收率。
根據本發明的實施例，選礦處理的條件並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，可以採用搖床進行選礦處理，且搖床的衝次為300～360次/min，衝程為8～12mm，給礦濃度為20～40％，優選地，衝次為320～360次/min，衝程為8～10mm，給礦濃度為30～35％。由此，可以進一步提高物料中粗金紅石、中礦和尾礦的分離效果。
s500：酸洗處理
該步驟中，將粗二氧化鈦和鹽酸供給至酸洗裝置中進行酸洗處理，以便得到漿料。具體地，通過酸洗處理可以將粗二氧化鈦中的mgo、cao等酸溶性雜質充分去除，經檢測，酸性處理得到的漿料中能滿足mgo和cao的總含量不高於3wt％。
根據本發明的具體實施例，酸性裝置可以為密封浸出釜，且密封浸出釜內設置有攪拌器、加熱體和溫度計，並通過控制系統控制控制攪拌器和加熱體工作，以便調節密封浸出釜內物料的溫度。
根據本發明的實施例，酸洗處理的條件並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，酸洗處理中鹽酸的濃度可以為10～20wt％，鹽酸與物料粉末的液固比可以為3～5:1，酸洗處理可以在25～90攝氏度下進行30～120min完成；優選地，酸洗處理中鹽酸的濃度可以為15～20wt％，鹽酸與物料粉末的液固比可以為2～4:1，酸洗處理可以在70～90攝氏度下進行60～90min完成。由此，可以進一步提高製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
s600：過濾處理
該步驟中，將漿料供給至過濾裝置中進行過濾處理，以便得到人造金紅石。
由此，根據本發明實施例的製備人造金紅石的方法通過將含鈦熔分渣和矽石供給至渣包中進行混料和保溫，以便得到混合物料，進而將混合物料轉移至反應裝置中，並採用噴吹管向混合物料中噴吹氧化性氣體，以便將混合物料中的鈦化合物氧化為tio2，得到氧化物料，完成噴吹後向物料中噴吹金紅石晶種，以便進一步促進金紅石相的長大；其中，噴吹管的出口端延伸至反應區內混合物料的內部，從而可以大大改善氧化反應的動力學條件，縮短噴吹時間，提高低價鈦化合物向tio2的轉化率；進而，將氧化物料供給至破碎裝置中進行破碎處理，並將得到的物料粉末供給至選礦裝置中進行選礦處理，以便將金紅石單體與脈石分離，得到粗二氧化鈦、中礦和尾礦，其中中礦可以返回反應裝置中繼續進行氧化改性，後續將粗二氧化鈦供給至酸洗裝置中進行酸洗處理，並將酸洗處理得到的漿料供給至過濾裝置中進行過濾處理，以便得到人造金紅石產品。該方法通過採用噴吹管向含鈦熔分渣物料內部噴吹氧化性氣體，顯著提高了含鈦熔分渣中鈦化合物向tio2的轉化率，從而提高了製備得到的人造金紅石中的鈦品位。
下面參考具體實施例，對本發明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明。
實施例1
按照下列步驟製備人造金紅石：
將含鈦熔分渣和矽石供給至渣包中進行混料和保溫，以便得到混合物料；其中，矽石採用sio2含量不低於94wt％且平均粒徑不高於2mm的矽石粉，矽石粉的加入量為含鈦熔分渣質量的30％，最終使混合物料中質量比cao:sio2＝0.5，質量比sio2:tio2＝1.4，混料過程中採用電極加熱的方式將混合物料溫度調整到1500℃，並將得到的混合物料在1500℃下保溫40min，保溫過程中適當攪拌，均勻成分；
將混合物料轉移至地坑內，並採用噴吹管向混合物料中噴吹氧化性氣體、氮氣和金紅石晶種，以便對混合物料進行氧化改性，得到氧化物料；其中，氧化性氣體採用純氧氣，壓力為0.15mpa，流量為15l/(min·kg渣)，氮氣壓力為0.2mpa，流量為10～30l/(min·kg渣)，噴吹總時間為10min，噴吹開始5min後打開晶種倉控制閥，將金紅石晶種吹入混合物料內，金紅石晶種的加入量為0.5kg/t渣，噴吹結束後將物料自然緩冷至室溫；
將氧化物料供給至破碎裝置中進行破碎處理，以便得到平均粒徑74～150微米的物料粉末；
將物料粉末供給至選礦裝置中進行選礦處理，以便得到粗二氧化鈦、中礦和尾礦；其中，搖床衝次為320次/min，衝程為8mm，給礦濃度為30％，得到的粗二氧化鈦中tio2含量為55wt％，金紅石收率達到82％；
將粗二氧化鈦和鹽酸供給至酸洗裝置中進行酸洗處理，以便得到漿料；其中，鹽酸濃度為10wt％，鹽酸與物料粉末的液固比為3:1，酸洗溫度為25℃，時間為30min；
將漿料供給至過濾裝置中進行過濾處理，以便得到tio2含量為95wt％的人造金紅石。
實施例2
按照下列步驟製備人造金紅石：
將含鈦熔分渣和矽石供給至渣包中進行混料和保溫，以便得到混合物料；其中，矽石採用sio2含量不低於94wt％且平均粒徑不高於2mm的矽石粉，矽石粉的加入量為含鈦熔分渣質量的40％，最終使混合物料中質量比cao:sio2＝0.6，質量比sio2:tio2＝1.5，混料過程中採用電極加熱的方式將混合物料溫度調整到1600℃，並將得到的混合物料在1600℃下保溫40min，保溫過程中適當攪拌，均勻成分；
將混合物料轉移至地坑內，並採用噴吹管向混合物料中噴吹氧化性氣體、氮氣和金紅石晶種，以便對混合物料進行氧化改性，得到氧化物料；其中，氧化性氣體採用純氧氣，壓力為0.4mpa，流量為60l/(min·kg渣)，氮氣壓力為0.4mpa，流量為30l/(min·kg渣)，噴吹總時間為30min，噴吹開始25min後打開晶種倉控制閥，將金紅石晶種吹入混合物料內，金紅石晶種的加入量為2kg/t渣，噴吹結束後將物料自然緩冷至室溫；
將氧化物料供給至破碎裝置中進行破碎處理，以便得到平均粒徑74～150微米的物料粉末；
將物料粉末供給至選礦裝置中進行選礦處理，以便得到粗二氧化鈦、中礦和尾礦；其中，搖床衝次為360次/min，衝程為10mm，給礦濃度為35％，得到的粗二氧化鈦中tio2含量為65wt％，金紅石收率達到85％；
將粗二氧化鈦和鹽酸供給至酸洗裝置中進行酸洗處理，以便得到漿料；其中，鹽酸濃度為20wt％，鹽酸與物料粉末的液固比為3:1，酸洗溫度為90℃，時間為30min；
將漿料供給至過濾裝置中進行過濾處理，以便得到tio2含量為99wt％的人造金紅石。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。