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中国的钒钛磁铁矿(VTM)是典型的复杂多金属有价矿物资源。目前VTM精矿中有价元素回收利用的典型技术为高炉法。然而,采用这种冶炼方法,精矿中的钛元素基本进入高炉渣而难以回收,同时,高炉法的钒回收率也较低。为获得优质的TiO2富集料用于钛提取,本论文设计了一种提钛新工艺。主要技术手段是利用还原剂(碳或氢)弱还原VTM精矿后,经稀硫酸浸出,浸出残渣即为目标产物。弱还原可以破坏VTM的稳定结构,促进铁在弱酸中的浸出,实现TiO2的富集。本文主要结果如下:VTM精矿经还原后,大部分铁在浸出过程中会转移至液相,获得富含TiO2的残渣。结果表明,还原程度与后续的浸出效果密切相关。优化条件为:还原温度1000℃,保护气氛下还原3h,配碳量为VTM精矿质量的6%;在80℃下用0.2mol/L的H2SO4溶液(L/S比为100:1)浸出3-4 h。浸出残渣含少量水合水,由锐钛矿、Al2FeO4和Fe3O4组成。脱水后,TiO2含量为72.2wt%,主物相为金红石,伴生相为Fe2TiO5和Fe2O3。通过测定不同碳量还原后的相组成,得出铁的还原途径为原始磁铁矿→Fe2.75Ti0.25O4→Fe2.5Ti0.5O4→FeTiO3,其中 FeO 相一直存在,但 FeO 不稳定,易被还原Fe。在优化的还原条件下,主物相为Fe2.5Ti0.5O4,并伴有部分金属Fe。另外,通过计算得出还原气体产物主要为CO。FeCl3溶液可以选择性地从还原后的VTM中浸出金属铁相。还原后VTM中的磁铁矿相在FeCl3溶液和H2SO4溶液的浸出明显不同。VTM精矿在最佳还原条件弱还原后,FeCl3溶液浸出渣的Fe/Ti摩尔比仍高达4.78,相当于Fe的浸出率约为19%,也表明还原后的VTM中有19%的金属Fe相;而用0.2mol/L硫酸溶液浸出后,浸出渣的Fe/Ti摩尔比仅在0.2左右。研究还发现,V、Al、Mg、Si、Ca和Mn等元素在FeCl3浸出过程中活性不高,据此提出经由碳还原、FeCl3浸出、稀H2SO4浸出联合富集TiO2的新流程。VTM精矿在1000℃下用15 wt%的碳量还原3 h后,FeCl3溶液可预浸铁68.7%,Fe/Ti摩尔比由6.30降至1.97。浸出残渣接着用0.1-1.0mol/L H2SO4溶液浸出,其它元素和剩余的30%铁均被溶解,得到TiO2含量约为53%的富集料。弱还原还可用氢气完成。结果表明,通过调控温度及还原时间,可控制还原过程失重率在设定值,且发现,VTM还原后,关键元素的浸出行为与还原条件密切相关。在两个温度—时间组合的范围内,[850℃/0.5 h,1000℃/0.5 h]和[1000℃/3 h,1000℃/6 h],铁的浸出率均超过97%;而V、Mg、Al和Mn的浸出率在[850℃/0.5 h,1000℃/0.5 h]的还原条件范围内较高,在[1000℃/3 h,1000℃/6 h]的还原条件范围内较低。因此,通过调整还原参数,该工艺可以设计成同步浸出铁和钒或单独浸出铁的技术路线。在850-1000℃下还原0.5 h后,浸出渣为锐钛矿或锐钛矿与金红石的混合物;在1000℃下还原2 h后,浸出渣主要是钛铁矿以及少量Al2FeO4;在1000℃下还原3-6 h后,浸出渣物相为成分不固定的黑钛石。实验证明,用氢气在850-900℃下还原VTM 0.5 h、并用0.2mol/L硫酸溶液浸出后,可获得TiO2含量约为53%的钛富集料;用氢气在1000℃下深度还原VTM6h后、再用稀H2SO4溶液浸出,可获得钒与钛共存的钛富集料。本论文的研究结果确定了火法还原-湿法浸出联合工艺可从VTM精矿中获得TiO2富集料的可行性。