金紅石的製造方法
2023-04-24 15:26:01
專利名稱：金紅石的製造方法
技術領域：
本發明涉及提高含有鈦和鐵的鈦鐵礦礦石的品位(upgrading高純度化)，從而製造TiO2品位高的合成金紅石的技術。
背景技術：
鈦是輕質的，同時，其強度、耐熱性、耐腐蝕性非常優異，還具有高的生物體親合力，並且具有非磁性等性質，其以金屬/合金的形式被利用於從航空材料、化學裝置用耐腐蝕材料、醫療器械到高爾夫、眼鏡框等各領域，以氧化物的形式被利用於顏料，而且最近還被廣泛利用於光介質等環境領域中。鈦的製造原料使用天然金紅石、金紅石品位高的合成金紅石以及高鈦渣，主要是通過克羅爾(Kroll)法獲得鈦，該克羅爾法中，對原料中所含有的鈦氧化物進行氯化，利用金屬Mg對得到的氯化物進行還原。除此之外，最近還提出了直接還原鈦氧化物的方法。
但無論怎樣，因為存在現在作為鈦製造原料使用的TiO2品位高的天然金紅石(通常含有93％～96％的TiO2)資源在世界範圍枯竭的問題，所以期望確立一種製造作為其替代原料的方法，製造與天然金紅石匹敵的TiO2品位高的合成金紅石。該方法提高現存豐富的天然鈦鐵礦礦石〔主要由鐵和鈦的氧化物構成，通常含有30％～65％的TiO2，還含有其他的氧化物雜質(錳、鉻、釩、鎂、鈣、矽、鋁、其他的氧化物)〕的品位，從而製造TiO2品位高的合成金紅石。
自然界中發現的鈦鐵礦礦石有鈦鐵礦(FeTiO3)、經風化作用的鈦鐵礦、及它們的混合物形式。
作為從以前開始進行的人工金紅石的製造技術，可以列舉出鈦渣法、選擇性酸瀝濾法、選擇氯化法，其中鈦渣法是將鈦鐵礦礦石與作為還原劑的碳一起進行加熱還原處理，分離成熔鐵相和鈦酸渣，然後對濃縮了氧化鈦的鈦酸渣進行硫酸瀝濾處理等，從而得到人工金紅石的方法。該方法中，在利用碳材對鈦鐵礦礦石進行加熱/還原時，首先，礦石中的氧化鐵成分被優先還原，形成熔融鐵和熔融鈦酸渣，於是礦石中的氧化鈦被濃縮了，對這樣的鈦酸渣進行酸瀝濾處理，得到金紅石。
在選擇性酸瀝濾法中，將鈦鐵礦礦石和濃硫酸一起加熱，在生成物中添加水或稀硫酸，同時加入鐵，除去發生還原後生成的FeSO4，分解殘留液，得到鈦的氫氧化物，之後對其進行氧化，得到金紅石。
此外，選擇氯化法中，在氧化性氣氛中將鈦鐵礦礦石加熱至1173K～1223K，將FeO氧化成Fe2O3，添加8％左右經粉碎的焦炭，在流動氯化爐內、在1223K下和氯氣反應，然後除去生成的氯化鐵，對得到的生成物進行磁選、浮遊選礦，得到金紅石。
並且，在利用天然鈦鐵礦礦石的情況下，在該天然鈦鐵礦礦石中，通常由於風化作用而引起氧化，因此充分了解相當於Ti-Fe-O系的高氧側的Fe2O3-FeTiO3-TiO2區域是重要的，例如了解與Ti-Fe-O三元系的相關係和氧分壓相關的平衡理論關係或狀態圖以及等氧壓線等是非常重要的。但是，現在的狀況是還沒有達到充分了解該區域的水平。雖然，在Webster和Bright(非專利文獻1)以及Taylor(非專利文獻2)中分別對在1473K和1573K下的高氧側FeO-Fe2O3-TiO2系進行了報告，但是從工業利用可能性這點出發，考慮在比較低的溫度下加工時，這種方法不能予以利用。
非專利文獻1A.H.Webster and N.F.H Bright，J.Am.Ceram，Soc.，44(3)，PP.110-116(1961)非專利文獻2R.W.Taylor，Am.Miner.，49(7-8)，PP.1016-1030(1964)為了從作為鈦資源大量存在的天然鈦鐵礦礦石中除去鐵成分，來製造與天然金紅石相當的TiO2品位高的合成金紅石，在其工業的提煉方法的開發中，對與相當於Ti-Fe-O系的高氧區域的Fe2O3-FeTiO3-TiO2系在比較低溫下的相平衡需要進行詳細的分析，並且還需要對1373K這樣的具有工業利用可能性的溫度範圍的相關係、以及與氧分壓有關的平衡理論狀態圖等進行詳細分析。
並且，以往的通過對鈦鐵礦礦石進行高品位化來得到合成金紅石的製造方法中，因為使用濃硫酸等，連帶產生了大量的酸性液態廢棄物，從環境方面考慮這已不被允許。因此就要求開發出避免產生在環境上有問題的或在廢棄處理時存在問題的副產物的方法，進一步還要求在成本上有利的方法。尤其，在現有的使用還原劑等或使用強酸的方法中，存在以下問題需要使用價格高的試劑，或需要對高價的試劑進行再生，或產生大量的環境汙染物質，或需要處理副產物的費用，或處理裝置需要龐大費用。
因此，要求開發出工序簡單、無用的副產物產生得少、成本低的高品位的合成金紅石的製造技術。
發明內容
天然產出的鈦鐵礦礦石大部分是鈦鐵礦(FeTiO3α相)和鐵板鈦礦(Fe2TiO5P相)二相共存的組成，還有很少部分具有其中還共存有金紅石(TiO2R相)的組成。使用碳材對這樣的鈦鐵礦礦石進行加熱/還原時，隨著氧的除去，其組成轉化成金屬鐵、鈦鐵礦及金紅石的三相共存區域(Fe+R+α)。在鐵發生熔融的高溫區域，鐵和氧化鈦形成熔融礦渣，所以礦石中的大部分氧化鈦濃縮到礦渣中。這是現有的鈦渣法的基本原理。
本發明人等在對較低溫度區域的相平衡進行了詳細研究，結果發現，如果在約1100℃(約1373K)附近的比較低溫下對鈦鐵礦礦石進行氧化，則礦物中的穩定結晶相以鐵板鈦礦(P相)和金紅石(R相)這二相出現，然後利用強磁場可以將以該(P+R)相作為穩定結晶相的生成物分離為P相和R相，從而完成了本發明。
本發明提供了以下方法〔1〕一種提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，在由鈦鐵礦礦石製造品位得到提高的合成金紅石時，對鈦鐵礦礦石進行氧化，得到以(鐵板鈦礦+金紅石)這二相為穩定結晶相的物質，然後，利用磁場對得到的物質進行篩選處理，以對磁場是非響應性組分的形式實質性地回收由金紅石相構成的生成物。
〔2〕根據上述〔1〕所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，對鈦鐵礦礦石實施氧化，並不進行還原反應。
〔3〕根據上述〔1〕或〔2〕所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，氧化是用於將含有幾乎鈦鐵礦單相的物質改變為以(鐵板鈦礦+金紅石)這二相為穩定結晶相的物質。
〔4〕根據上述〔1〕～〔3〕的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，由鈦鐵礦礦石製造品位得到提高的合成金紅石時，在非還原條件下對該礦石進行氧化，使其變成以(鐵板鈦礦+金紅石)這二相為穩定結晶相的物質，然後，使得到的物質形成細粉，使其成為(1)實質由鐵板鈦礦相構成的微粒和(2)實質由金紅石相構成的微粒，利用磁場對得到的生成物細粉進行篩選處理，以對磁場非響應性組分的形式實質性地回收由金紅石相構成的生成物。
〔5〕根據上述〔4〕所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，細粉化處理進行1次或多次。
〔6〕根據上述〔1〕～〔5〕的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，對鈦鐵礦礦石進行氧化後，不經過還原，利用磁場進行篩選處理，從由鐵板鈦礦相構成的物質中分離由金紅石相構成的生成物。
〔7〕根據上述〔1〕～〔6〕的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，利用磁場進行的篩選處理進行1次或多次。
〔8〕根據上述〔1〕～〔7〕的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，氧化處理在700℃～1200℃的溫度下進行。
〔9〕根據上述〔1〕～〔8〕的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，利用磁場進行的篩選處理以0.4泰斯拉～10泰斯拉範圍的磁場進行。
〔10〕根據上述〔1〕～〔9〕的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，獲得由含有大於等於90％的TiO2的金紅石相構成的生成物。
〔11〕根據上述〔1〕～〔10〕的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，從鈦鐵礦礦石製造品位得到提高的合成金紅石的過程中，沒有發生實質性的還原處理。
與現有的鈦渣法相比，本發明的技術需要投入的能量少、不需要作為還原劑的碳材等，同時，在從反應生成物中分離金紅石時，不需要像鈦渣法那樣的硫酸瀝濾等特殊處理。
從下述描述中，本領域技術人員會清楚本發明的其他目的、特徵、優點、以及其具有的觀點。但是，包括下面的記載和具體實施例等記載的本發明說明書的記載給出的是本發明的優選方式，希望大家能夠理解這僅是為了進行說明而給出的。本領域技術人員應該容易明白，根據以下記載和本發明說明書以外的知識，可在本說明書中公開的本發明的意圖及範圍內進行各種變化及/或改變(或修飾)。本說明書中所引用的所有的專利文獻和參考文獻是以說明為目的而引用的，這些應理解為本說明書的一部分，其內容也屬於本說明書的內容。
圖1給出了在確定Fe2O3-FeTiO3-TiO2系在1373K下的相平衡時使用的實驗試樣的組成配比。帶有數字的標記圈表示各試樣的組成配比所處的位置，數字表示試樣編號。
圖2給出了試樣編號7的加熱保持時間和α相(hematite-ilmenite s.s.)在1373K下的組成關係以及加熱保持時間和P相(pseudobrookite s.s.)在1373K下的組成關係的研究結果。
圖3給出了Fe2O3-FeTiO3-TiO2系在1373K下的狀態圖。
圖4給出了Ti-Fe-O系在1373K下的組成和氧分壓的關係。
圖5給出了Fe2O3-FeTiO3-TiO2系狀態圖中天然鈦鐵礦礦石的組成。
圖6給出了對鈦鐵礦礦石中的P相和R相的磁化率的研究結果。
圖7中將鈦鐵礦礦石熱處理前的與經熱處理、氧化後的X射線衍射分析結果進行了比較。
具體實施例方式
本發明人等在對已明確的Fe2O3-FeTiO3-TiO2系在1373K下的狀態圖(圖3)進行詳細研究，發現天然產出的鈦鐵礦礦石如圖5所示，以α相為中心，沿α+R+P的三相共存區域分布。如果對礦石進行氧化，則該礦石組成中僅有氧含量增加，所以從圖5的三角形的右下角向左斜上方大約45℃的方向位移。這樣，如果對鈦鐵礦礦石進行氧化，則進入R+P的二相共存區域。如果將由該(R+P)二相構成的生成物分別分離成R相和P相，則可以比較容易地製造金紅石，而無需像以往那樣向礦石投入大量的能量。著眼於R相和P相，對它們的磁化率進行調查的結果如圖6所示，P相的磁化率幾乎與三氧化二鐵(Fe2O3)相同，與P相相比，R相的磁化率小到可以忽視。而且，通過幾泰斯拉左右的強磁場，可以從經氧化的鈦鐵礦礦石中磁吸附/除去P相，可以選擇性地將R相(金紅石)分離/回收。
本發明的品位得到提高的金紅石的製造法的原料用於獲得至少超過90％的TiO2品位(有時，至少超過92％的TiO2品位)的合成金紅石，並且，是含有鐵和鈦的天然鈦鐵礦礦石，可以列舉出例如nTi/(nFe+nTi)比為0.35～0.65的鈦鐵礦礦石，更優選nTi/(nFe+nTi)比為0.5～0.65的鈦鐵礦礦石。此處，ni是摩爾數。
本發明的提高品位的方法中，首先，對原料礦石進行氧化處理。該氧化只要具備可以實質地將礦石氧化為至少以(鐵板鈦礦+金紅石)二相為穩定結晶相的物質的條件即可，沒有特別限制，可以設定成各種合適的條件。該氧化可以如下進行在升溫的狀態下，例如約700℃～1200℃的溫度、優選約900℃～1100℃的溫度，使原料礦石和氧化劑接觸。對於氧化條件，如果金紅石相是經充分成長而生成的，則該氧化條件是優選的。但是因為還要求投入到熱處理的能量儘量少，所以優選處理溫度儘量低、且處理的保持時間儘量短。通常，為了使金紅石相的晶體顆粒成長，最好在更高溫、且保持更長時間，但由於鈦是地球上存在最多的金屬元素之一，鈦鐵礦礦石的產地各異，各產地中微妙地共存的雜質元素也不同，所以優選根據出產原料礦石的產地選擇最適當的處理條件。在明確了熱處理溫度、保持時間等和微觀組織的關係後，可以確定優選的處理條件。對於氧化，優選可以將含有幾乎是鈦鐵礦單相的物質變成以(鐵板鈦礦+金紅石)的二相為穩定結晶相的物質。該原料礦石的氧化是在實質不引起還原反應的條件下進行。進行氧化處理時，可以很好地使用經破碎或粉碎的原料礦石，因為經破碎或粉碎的原料更容易和氧化劑(例如氧)接觸，所以是優選的。經破碎或粉碎的原料可以是，通過將原料礦石碎成顆粒狀或粉末狀後，通過篩網篩選獲得的具有一定粒徑範圍的物質，並且本操作可以採用本領域技術人員通常所知道的裝置進行。對於粒徑，只要實質地進行氧化處理後能夠得到期望結果即可，沒有特別限制，本領域技術人員可以選擇適當的大小。本氧化工序中可以是對流動的原料進行氧化。為了使礦石顆粒與氧化劑接觸，使用具備流動床的反應裝置也是優選的。並且，可以適當地對原料礦石進行預熱。氧化處理期間，優選原料礦石在該反應裝置中滯留達到能夠引起所期望的變化所需的充分的時間，例如，滯留10分鐘到200小時，有時可以滯留20分鐘到36小時，另外，有時可以滯留40分鐘到10小時，可以根據特定的礦石，設定適當的時間。作為氧化劑，可以列舉出含有氧或臭氧的氣體，優選含氧氣體。作為含氧氣體，可以列舉出空氣、氧和惰性氣體的混合物、富氧空氣等。該氧化處理的典型為如圖5所示的狀態圖，從右下角向左斜上方大約45℃的方向位移，最終成為(鐵板鈦礦+金紅石)的二相共存物。
根據需要，對得到的由(鐵板鈦礦+金紅石)的二相共存物構成的生成物進行細粉化，粉碎到直至成為實質地由鐵板鈦礦構成的微粒和實質地由金紅石構成的微粒。各微粒無須一定要完全由單結晶相構成，只要能夠利用磁場通過篩選工序(磁選工序)分離為實質地鐵板鈦礦豐富的微粒和實質地由金紅石單獨的結晶相構成的顆粒或由至少超過90％的金紅石的結晶相構成的顆粒即可。優選根據經過氧化工序生成的金紅石相的結晶的大小適當地確定粒徑。根據需要，可以通過篩網對細粉化的生成物進行篩選，得到具有一定範圍粒徑的物質，從而可以進行分級。可以使用本領域周知的粉碎裝置實施細粉化工序，例如可以使用噴射式磨機、微磨機(micronizer)等。
然後，將細粉化物質提供給使用磁場的篩選工序(磁選工序)。磁選可以使用本領域周知的磁選機進行，例如，可以使用適合於溼式或乾式法的磁選機。作為磁選機，可以列舉出高梯度磁選機(High GradientMagnetic Separator)、磁力選礦機、滾筒型磁選機、對極型磁選機等，可以選擇使用最適當的磁選機。利用磁場的篩選處理可以進行1次或多次，有時優選其中一種情況。利用磁場的篩選處理，可以利用0.4泰斯拉～10泰斯拉範圍的磁場進行，有時也可以利用8×10-2泰斯拉～6泰斯拉範圍的磁場或者1泰斯拉～5泰斯拉範圍的磁場進行。通常，優選磁分離所需的磁場強度儘可能低，但可以根據晶體粒度等確定能夠獲得最佳分離效率的強度。在磁選機具有過濾器等的情況下，該過濾器的篩孔的大小優選為能夠提高磁分離效率的最佳篩孔大小，但優選根據原始細粉化物的顆粒大小等適當地選擇。在磁分離中，有時優選將原始細粉化物懸浮於水等流體介質中進行分離的溼式法。
這樣得到的品位得到提高的金紅石(合成金紅石)用於本領域周知的技術中，可以用於現有的以金紅石礦石為原料的各種鈦產品製造工序中。即，可以用於根據克羅爾法的鈦製造或顏料的製造中。
與這樣的現有公知技術組合的技術方法，也屬於本發明的技術範圍。
下面舉出實施例，對本發明進行具體說明，該實施例僅是為了說明本發明，是作為該具體方式的參考而提供的。這些示例用於說明本發明的特定的具體方式，並不限定或限制本申請公開的發明範圍。對於本發明，應理解為可以進行基於本說明書的思想的各種各樣的實施方式。
除了其他詳細敘述的部分以外，全部的實施例是採用標準的技術實施的，或者是採用標準的技術可以實施的，這些都是本領域技術人員周知、慣用的技術。
實施例1
(1)確定1373K下的相平衡預先通過如下方法調製FeTiO3以1∶1∶3的摩爾比稱取純度為99.9質量％的電解鐵粉和市場上銷售的特級試劑Fe2O3、TiO2，合計重量為2.5g，利用瑪瑙研缽充分混合，之後以約400MPa(大約110kgf/cm2)壓粉成型，做成徑為10mm的坯塊，將該坯塊放入內徑為13mm的石英管，真空密封，做成真空管(capsule)，在1373K下加熱保持3天時間，然後，在水中速冷，合成FeTiO3。通過X射線衍射圖案確定是FeTiO3。
通過以下方法調製實驗用試樣按成為規定的組成稱取通過上述方法調製的FeTiO3、和市場上銷售的特級試劑Fe2O3、TiO2，合計重量為2.5g，利用瑪瑙研缽充分混合，之後以約400MPa(大約110kgf/cm2)壓粉成型，做成徑為10mm的坯塊，將該坯塊放入內徑為13mm的石英管，真空密封，做成真空管，將該真空管在1373K下加熱保持規定時間，使其充分平衡後，在水中速冷。從真空管中取出速冷後的試樣，進行分析。表1和圖1給出了實驗試樣的組成配比。圖1中利用○標記表示試樣的組成配比，圖中的數字表示試樣編號。
使用康泰爾電阻絲纏繞固定型電阻爐進行加熱，使用X射線衍射儀(XRD)鑑定試樣中的相，且使用X射線微分析儀(EPMA)分析該相的組成。表2和表3給出了EPMA測定結果。
表1試樣的組成配比
(2)達到平衡時間圖2中示出了試樣編號7的加熱保持時間與α相(hematite ilmenite固溶體(s.s.)鈦鐵礦)以及P相(pseudobrookite s.s.鐵板鈦礦)的組成的關係研究結果。由圖2可知，在2天(2d)左右，已經接近平衡組成，為了使不同組成的試樣完全達到平衡，將保持時間設為了3天(3d)。圖2中的Ni表示Fe2O3-FeTiO3-TiO2三元系的摩爾分數，s.s.表示固溶體。
表2EPMA的分析結果
表3EPMA的分析結果
(3)Fe2O3-FeTiO3-TiO2系的相關係(狀態圖)R相是指純粹的TiO2，P相是指Fe2TiO5-FeTi2O5虛擬二元係為鐵板鈦礦(pseudobrookite)固溶體，α相是指Fe2O3-FeTiO3虛擬二元係為Fe2O3-FeTiO3固溶體。通過XRD，知道了試樣編號1、2、3、9為R相和P相的二相共存、試樣編號4～8為P相和α相的二相共存、試樣編號10、12為R相和α相的二相共存、試樣編號11為R相和P相以及α相的三相共存的關係。表2和表3示出了利用EPMA的分析結果，此處，EPMA的分析是對鐵和鈦進行的。圖3示出了Fe2O3-FeTiO3-TiO2系在1373K下的狀態圖。圖3中，用實心黑圈連接的實驗是共軛線，是等氧壓(活量)線。知道了其特點是，在1373K的溫度下不存在FeTi2O5，存在用點表示的R+P+α的三濃縮相共存區域，而且，該區域相當窄。在大於等於1473K的高溫下，不存在該三濃縮相共存區域，P相在Fe2TiO5-FeTi2O5虛擬二元系的全組成範圍內遍布存在，因此在1373K這樣的低溫下，FeTiO3比FeTi2O5穩定，結果出現了R+P+α的三濃縮相共存區域，限制了鐵板鈦礦固溶體(pseudobrookite s.s.)的固溶範圍。
(4)平衡氧分壓將通過上述(1)那樣得到的平衡的實驗試樣作為應用氧化鋯固體電解質的氧濃差電池的測定極，測定構成電池的平衡電動勢。
(a)測定極氧化鋯電解質是用11mol％的CaO穩定後的平底一端閉管(外徑為15mm、內徑為11mm、高度為100mm)，其內側裝入了將前端呈線圈狀的Pt線，將測定試樣放在其上並壓實。進一步，在由11mol％的CaO穩定後的氧化鋯固體電解質的圓底一端閉管(外徑為10mm、內徑為7mm、高度為50mm)的底部上開孔使用以便導線通過，將該底部開孔的圓底一端閉管插入到裝有該試樣的平底一端閉管，然後，利用莫來石管(外徑為5mm、內徑為3mm)按壓。
(b)標準極以1∶1的體積比混合Fe和FeO，把它們放入鐵坩鍋中，該鐵坩鍋的內底部裝入了Pt線，將Fe和FeO壓實後使用。Pt線的前端為旋渦形狀，以便與Fe、FeO良好地接觸。在該壓實的Fe-FeO上放置上述測定極(外徑為15mm的平底一端閉管)，從而構成電池。
將這樣構成的電池放入透明石英制的反應管內，以約1.7×10-6m3(STP)s-1的流速流過精製氬氣，利用康泰爾電阻絲纏繞固定型電阻爐進行加熱。使用精密級直流電位計和輸入電阻為1000MΩ的數字多重計量儀測定電動勢，在確定電動勢充分穩定之後，每0.3ks測定至少10次，將其平均值作為測定值。在達到了電池的可逆性平衡電位之後，在兩極上極短時間地施加數百毫伏的電位，一旦斷開，則返回到原來的平衡值，即使逆向施加電位，也顯示出了同樣的復原過程。但是，為了達到平衡電動勢，大部分的電池都需要至少24h的長時間，即使是在較短時間得到，也需要數小時。
根據電池的電動勢和溫度求出平衡氧分壓，求出Ti-Fe-O系的組成和氧分壓的關係。圖4以組成-壓力狀態圖的形式示出了氧分壓的對數和nTi/(nFe+nTi)的關係。此處，ni表示摩爾數。圖4中，R表示TiO2，P表示鐵板鈦礦固溶體，α表示赤鐵礦—鈦鐵礦固溶體(hematite-ilmenite s.s.)，S表示磁鐵礦—鈦尖晶石固溶體(magnetite-ulvospinel s.s.)，W表示方鐵礦(wustite)，Fe表示鐵。
(5)從天然鈦鐵礦礦石中提煉TiO2天然鈦鐵礦礦石的組成中nTi/(nFe+nTi)比為0.35～0.65。從圖3的Fe2O3-FeTiO3-TiO2系的狀態圖研究其組成，則如圖5所示。
根據圖4，在nTi/(nFe+nTi)比小於等於0.5的礦石中，通過還原可以變成Fe+R，即可以能夠以其它相得到R相(TiO2)。而且，還了解到在nTi/(nFe+nTi)比大於等於0.5的礦石中，不用說還原，就是氧化也能使R相在所有的氧分壓範圍中以其它相的形式存在，例如α+R、P+R。因此，意外的說明了可以通過氧化工序從天然鈦鐵礦礦石中提煉TiO2。
對天然鈦鐵礦礦石(nTi/(nFe+nTi)比為0.5～0.65)進行氧化處理。通過在空氣中以1273K～1473K加熱規定時間來實施氧化處理。通過礦石的氧化，組成中僅增加氧量，從圖5的右下角向左斜上方大約45℃的方向位移。這樣對鈦鐵礦礦石進行氧化，則得到的物質為R+P的二相共存物。
使用澳大利亞產的鈦鐵礦礦石進行氧化處理。表4(重量％表示)示出了該礦石的組成。該礦石的鈦含量為約31.3％、Ti/Fe比為1.19。在性狀方面，其是粒徑約小於等於1mm的細粒。在大氣開放型電爐中，將該礦石投入磁性坩鍋中，改變保持時間和保持溫度，進行氧化。
結果在1000℃下、在空氣中進行2天熱處理後的礦石中確認到了金紅石相的生成。
圖7中與熱處理前的結果相比較地示出了X射線衍射分析的結果。
表4
(重量％表示)由圖7可知，熱處理、氧化前的生礦石由主成分為鈦鐵礦(FeTiO3α相)和很少的金紅石(TiO2R相)構成，在空氣中於1000℃通過2天熱處理進行氧化後，鈦鐵礦相消失，構成結晶相變為鐵板鈦礦(Fe2TiO5P相)和金紅石。確認了這些與根據圖3～圖5的狀態圖所期待的一樣。
(6)P相和R相的磁化率測定由鈦鐵礦礦石得到的金紅石(R相)和鐵板鈦礦固溶體(P相)的磁化率。將其結果示於圖6。可知，與P相相比，R相的磁化率小到幾乎可以忽視。這樣，通過數泰斯拉的強磁場，利用磁性可以從被氧化的鈦鐵礦礦石中磁吸附並除去P相，可以選擇性地分離回收R相(金紅石)。
(a)將通過上述工序(5)在空氣中於1000℃經2天熱處理進行氧化後的礦石粉碎成小於等於約0.1mm。使用立式超傳導磁分離裝置對它們進行磁分離處理。該磁分離裝置是使用了「ぃわて產業振興中心」所有的鉍氧化物超傳導體的磁分離裝置，可以產生最大10泰斯拉的磁場，在產生磁場的線圈內裝入了不鏽鋼管制分離室(管的內徑為20cm)，在分離室內夾有40片不鏽鋼篩網過濾器(網眼小於等於0.5mm)，篩網本身被磁化，因此鐵板鈦礦相被磁吸附，從不鏽鋼管下部得到非磁性的金紅石。
將磁場強度設為5泰斯拉，從上述磁分離裝置的不鏽鋼管上部向分離室內投入細粉熱處理礦石，進行磁分離處理，結果鐵板鈦礦相被磁吸附到不鏽鋼篩眼過濾器中，立刻引起了網眼堵塞。除去所有的過濾器後，再次從不鏽鋼管上部投入粉末試樣，結果以體積比計幾乎有一半的粉末被磁吸附到不鏽鋼管內壁，剩餘掉落到下部。被磁吸附到不鏽鋼管內壁的是鐵板鈦礦相豐富的物質，落下物為金紅石豐富的物質。
(b)使用與上述(a)相同的磁分離裝置，嘗試利用溼式法進行磁分離。
這次，將與上述(a)中使用的粉末試樣相同的粉末試樣，與蒸餾水混合製成懸浮液(水∶粉末試樣比＝約100∶5)，將其從不鏽鋼管上部流入，與上述(a)同樣地進行分離處理。懸浮的初始試樣中，因黑褐色的鐵板鈦礦相而呈現為濃茶色的液體，與此相對，經過1次磁分離室後的捕獲液為稍帶一點黃色的淡茶色的液體，進一步經過2次磁分離室後的捕獲液為白色增強了的土黃色液體。即，越實施磁分離，溶液的顏色越呈現白色。即，通過磁分離，黑褐色的鐵板鈦礦相優先被磁吸附而分離，液體中殘留相對較多的白色的金紅石，即，通過磁力從經氧化的鈦鐵礦礦石中磁吸附並除去P相，從而可以選擇性地分離回收R相(金紅石)。
產業上的可利用性本發明的提高鈦鐵礦礦石的品位的方法中，與鈦渣法相比，通過在相對低的溫度下進行氧化，可以變成由從金紅石(R相)和鐵板鈦礦固溶體(P相)構成的物質，通過磁力對其進行篩選，所以可以大幅度地削減能量和成本。而且，不存在產生大量引起環境汙染的廢棄物等問題，其處理工序即氧化工序和磁選工序都很簡單，還可以使裝置費用低廉。
除了上述的說明和實施例所記載的內容以外，本發明還可以採用其它方式實施。以上述的示範為鑑，本發明可以進行很多改變和變形，而且那些也屬於本發明的權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，在由鈦鐵礦礦石製造品位得到提高的合成金紅石時，對鈦鐵礦礦石進行氧化，轉化為以鐵板鈦礦+金紅石二相為穩定結晶相的物質，然後，利用磁場對得到的物質進行篩選處理，以對磁場非響應性組分的形式實質性地回收由金紅石相構成的生成物。
2.根據權利要求1所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，對鈦鐵礦礦石實施氧化，並不進行還原反應。
3.根據權利要求1或2所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，通過氧化將幾乎只含有鈦鐵礦單相的物質改變為以鐵板鈦礦+金紅石二相為穩定結晶相的物質。
4.根據權利要求1～3的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，在由鈦鐵礦礦石製造品位得到提高的合成金紅石時，在非還原條件下對該礦石進行氧化，使其變成以鐵板鈦礦+金紅石二相為穩定結晶相的物質，然後，對得到的物質進行細粉化，使其成為(1)實質地由鐵板鈦礦相構成的微粒和(2)實質地由金紅石相構成的微粒，利用磁場對得到的細粉化生成物進行篩選處理，以對磁場非響應性組分的形式實質性地回收由金紅石相構成的生成物。
5.根據權利要求4所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，細粉化處理進行1次或多次。
6.根據權利要求1～5的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，對鈦鐵礦礦石進行氧化後，不經過還原，利用磁場進行篩選處理，從由鐵板鈦礦相構成的物質中分離由金紅石相構成的生成物。
7.根據權利要求1～6的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，利用磁場的篩選處理進行1次或多次。
8.根據權利要求1～7的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，氧化處理在700℃～1200℃的溫度下進行。
9.根據權利要求1～8的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，利用磁場的篩選處理以0.4泰斯拉～10泰斯拉範圍的磁場進行。
10.根據權利要求1～9的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，獲得由含有大於等於90％的TiO2的金紅石相構成的生成物。
11.根據權利要求1～10的任意一項所述的提高鈦鐵礦礦石品位的方法，其特徵在於，在由鈦鐵礦礦石製造品位得到提高的合成金紅石期間，沒有進行實質性的還原處理。
全文摘要
本發明通過對鈦鐵礦礦石進行加熱處理來進行氧化，可以將其轉化為具有鐵板鈦礦相和金紅石相二個穩定結晶相的物質，利用磁場對生成物進行篩選處理，從而選擇性地獲得金紅石相。
文檔編號C22B34/00GK1856444SQ200480027669
公開日2006年11月1日 申請日期2004年3月2日 優先權日2003年9月24日
發明者長坂徹也, 伊藤聰 申請人:東北泰克諾亞奇股份有限公司