一种含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法及其应用

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法及其应用。

背景技术

在含钛铁矿物的综合利用过程中，还原是一种常见且广泛适用的处理方法。其主要方法是通过还原剂(例如一氧化碳气体、煤等)与含钛铁矿物发生反应，将含钛铁矿物中的铁系氧化物还原为单质铁，之后再通过磁选等分选方法或者酸浸等湿法冶金方法将还原产物进一步处理，将矿物中的钛铁分离，以达到富集钛或富集铁的目的。

金属化率作为还原过程中最为重要的指标，其理论意义为还原产物中金属铁与全铁的比值，金属化率越接近1代表还原效果越好，金属化率越接近0代表还原效果越差。

常用的金属化率滴定方法是分别采用化学分析滴定的方法滴定金属铁和全铁，金属铁和全铁的方法在国家标准中均能找到，这种方法在实际操作过程中至少需要2h左右。

在实际的生产和实验室研究过程中，通常对于同一种、同一批次含钛铁矿物需要数次、数十次、甚至数百次的还原与检测，每次2h以上的测试时间相对较长，影响下一步的研究与生产。采用常用的金属化率滴定检测方法耗时长，不符合研究、生产的高效率原则。

因此，提供一种快速的金属化率检测以及计算方法对含钛矿物还原的生产和研究具有重要意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法，该金属化率的计算方法耗时短。

本发明的第二目的在于提供如上所述的含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法在冶金中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法以及快速检测方法，所述金属化率η的计算方法包括：

其中，a为含钛铁矿物中的二氧化钛的质量分数；

b为所述含钛铁矿物中的全铁的质量分数；

c为所述含钛铁矿物中的FeO的质量分数；

d为所述含钛铁矿物经过还原后所得的还原产物中的二氧化钛的质量分数；

其中，所述还原产物中的二氧化钛的质量分数d的测定方法包括XRF检测。

优选地，所述含钛铁矿物中的二氧化钛的质量分数a的测定方法包括XRF检测。

优选地，所述含钛铁矿物中的全铁的质量分数b的测定方法包括全铁重铬酸钾滴定法。

优选地，所述全铁重铬酸钾滴定法包括如下步骤：将m

优选地，所述m

优选地，所述含钛铁矿物中的FeO的质量分数c的测定方法包括亚铁重铬酸钾滴定法；

优选地，所述亚铁重铬酸钾滴定法包括如下步骤：向m

其中，m

优选地，所述含钛铁矿物的还原方法包括：

所述含钛铁矿物和还原剂混合均匀后进行还原反应，得到还原产物。

优选地，所述含钛铁矿物包括钛磁铁矿、海滨砂矿和板钛矿中的至少一种；

优选地，所述还原剂包括煤、一氧化碳、兰炭和冶金焦中的至少一种；

优选地，所述还原剂的质量为所述含钛铁矿物质量的40％～80％。

优选地，所述混合的过程中还加入了活化剂；

优选地，所述活化剂的质量为所述含钛铁矿物质量的2％～5％。

优选地，所述活化剂包括硼砂、碳酸钠、硫磺和硫化铁中的至少一种。

优选地，所述还原反应的温度为900～1200℃，所述还原反应的时间为1～5h。

本发明还提供了如上所述的含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法在冶金中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法，简单，耗时短，效率高。

(2)本发明提供的含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法，通过采用XRF检测还原产物中的二氧化钛的质量分数，自动化程度高，准确度高，检测速度快，还可节约人工成本。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

第一方面，本发明提供了一种含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法，所述金属化率η的计算方法包括：

其中，a为含钛铁矿物中的二氧化钛所占的质量分数；

b为所述含钛铁矿物中的全铁所占的质量分数；

c为所述含钛铁矿物中的FeO所占的质量分数；

d为所述含钛铁矿物经过还原后所得的还原产物中的二氧化钛所占的质量分数；

其中，所述含钛铁矿物经过还原后所得的还原产物中的二氧化钛的质量分数d的测定方法包括XRF检测。

其中，所述含钛铁矿物是指含有钛元素和铁元素的矿物。

全铁是指是指所述含钛铁矿物中的铁元素的总含量，以质量分数表示。

所述含钛铁矿物经过还原后，得到还原产物，还原产物的主要成分包括单质铁和二氧化钛。d即为还原产物中的二氧化钛所占的质量分数。

为了解决现有技术中存在的金属化率滴定检测方法耗时长，效率低的问题，本发明提供了一种含钛铁矿物还原金属化率的计算方法以及快速检测方法。

本发明通过对于含钛铁矿物进行二氧化钛占比测定、全铁测定和FeO含量测定，并对还原产物进行二氧化钛占比测定，上述各值带入η的计算公式后，即可得到金属化率。

本发明提供的钛铁矿物还原后金属化率的计算方法简单、耗时短，适用于含钛铁矿物还原的实验研究与工业生产。

并且，采用XRF检测还原产物中的二氧化钛的质量分数，自动化程度高，准确度高，检测速度快，约10min即可完成检测。

此外，本发明提供的含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法，在已知含钛铁矿物的相关指标(即含钛铁矿物中的二氧化钛含量、全铁含量和FeO含量)后，仅需对还原产物中的二氧化钛的含量进行检测，即可得到金属化率结果，极大的缩短了金属化率的检测流程。

在本发明一些具体的实施方式中，上述a、b、c的具体数值可以采用任意的、常规的测定方法测得，例如XRF检测和化学滴定法，但不限于此。

本发明所述XRF是指X射线荧光光谱分析。XRF是用物理原理来检测物质的元素，可进行定性和定量分析，即通过X射线穿透原子内部电子，由外层电子补给产生特征X射线，根据元素特征X射线的强度，即可获得各元素的含量信息。

在本发明一些具体的实施方式中，先对含钛铁矿物中的二氧化钛的质量分数a、全铁的质量分数b和FeO的质量分数c进行测定和/或计算。然后将该含钛铁矿物进行还原，得到还原产物，再测定还原产物中的二氧化钛的质量分数d。最后代入金属化率η的计算方法(公式)进行计算即可。

本发明所提供的含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法的推导原理及推导过程如下：

自然界钛铁矿中一般存在+3价态Fe离子和+2价态Fe铁离子，可视作存在形式为Fe

即：

由于还原过程中氧的失去全铁的占比也升高，则总氧A与还原前后全铁的占比b、e的关系式为：

带入公式(1)可得：

对于原矿中的全铁e同时可由原矿中FeO的占比c和Fe

还原过程中总共失去的氧为A，设Fe

Fe

Fe

金属化率为还原后单质铁与全铁比值，即：

联立上述等式(1)～等式(7)，即可得所述金属化率η的计算公式：

优选地，所述含钛铁矿物中的二氧化钛的质量分数a的测定方法包括XRF检测。

采用上述测定方法有利于进一步缩短检测和计算时间。

在本发明一些具体的实施方式中，所述含钛铁矿物中的全铁的质量分数b的测定方法可以采用任意的、常规的检测方法，例如重铬酸钾滴定法，但不限于此。

优选地，所述含钛铁矿物中的全铁的质量分数b的测定方法包括全铁重铬酸钾滴定法。

其中，所述全铁重铬酸钾滴定法的原理为：采用二氯化锡还原铁，过量二氯化锡用氯化汞氧化，以二苯胺磺酸钠作指示剂，重铬酸钾标准溶液滴定。

优选地，所述全铁重铬酸钾滴定法包括如下步骤：将m

优选地，所述m

所述c

其中，所述加热微沸是指在即将进入沸腾前的状态，也即加热至混合物料呈微微沸腾的状态。在本发明一些具体的实施方式中，所述加热微沸的温度为100～120℃，包括但不限于105℃、110℃、115℃、118℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施方式中，所述硫酸铵的质量为所述含钛铁矿物质量的150～200倍，包括但不限于160倍、170倍、180倍、190倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。所述浓硫酸的质量为所述含钛铁矿物质量的550～600倍，包括但不限于560倍、570倍、580倍、590倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施方式中，所述冷却后向其中加入水和浓盐酸的过程中，所述水的质量为所述含钛铁矿物质量的550～650倍；包括但不限于560倍、570倍、580倍、590倍、600倍、610倍、620倍、630倍、640倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施方式中，所述冷却后向其中加入水和浓盐酸的过程中，所述浓盐酸的质量为所述含钛铁矿物质量的100～150倍，包括但不限于110倍、120倍、130倍、140倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施方式中，所述二氯化锡的质量分数为8％～15％，包括但不限于9％、10％、11％、12％、13％、14％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施方式中，所述饱和二氯化汞溶液的质量为所述含钛铁矿物质量的100～150倍，包括但不限于110倍、120倍、130倍、140倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施方式中，所述静置的时间为1～5min，包括但不限于2min、3min、4min中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；优选为1～2min。

在本发明一些具体的实施方式中，所述加入水、浓磷酸和二苯胺磺酸钠的过程中，所述水的质量为所述含钛铁矿物质量的500～600倍；包括但不限于520倍、540倍、550倍、570倍、590倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。所述浓磷酸的质量为所述含钛铁矿物质量的50～80倍；包括但不限于55倍、60倍、65倍、70倍、75倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。所述二苯胺磺酸钠的加入量为4～8滴(例如4滴、5滴、6滴或7滴)质量分数为1％的二苯胺磺酸钠。

在本发明一些具体的实施方式中，所述含钛铁矿物中的FeO的质量分数c的测定方法可以采用任意的、常规的检测方法，例如重铬酸钾滴定法，但不限于此。

优选地，所述含钛铁矿物中的FeO的质量分数c的测定方法包括亚铁重铬酸钾滴定法。

优选地，所述亚铁重铬酸钾滴定法包括如下步骤：向m

其中，m

c

在本发明一些具体的实施方式中，所述向m

在本发明一些具体的实施方式中，所述浓盐酸的质量为所述含钛铁矿物质量的70～115倍，包括但不限于80倍、90倍、100倍、110倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施方式中，所述加热微沸的时间为15～30min，包括但不限于17min、20min、23min、25min、28min中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施方式中，所述立即向其中加入饱和硼酸溶液、碳酸氢钠、水、硫磷混酸和二苯胺磺酸钠指示剂的过程中，所述饱和硼酸溶液的质量为所述含钛铁矿物质量的20～30倍；包括但不限于22倍、25倍、28倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。所述碳酸氢钠的质量为所述含钛铁矿物质量的1～4倍；包括但不限于2倍、3倍、4倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。所述水的质量为所述含钛铁矿物质量的200～250倍；包括但不限于210倍、220倍、230倍、240倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。所述硫磷混酸的质量为所述含钛铁矿物质量的40～60倍，包括但不限于45倍、50倍、55倍、58倍中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。所述二苯胺磺酸钠指示剂的用量为4～8滴(例如可以为4滴、5滴、6滴或7滴)质量分数为1％的二苯胺磺酸钠指示剂。

其中，硫磷混酸由按照体积比为15:15:70的质量分数为98％的浓硫酸、质量分数为85％的浓磷酸和水配制得到。

在本发明一些具体的实施方式中，所述浓硫酸的质量分数为98％，浓盐酸的质量分数为37％，浓磷酸的质量分数为85％。

优选地，所述含钛铁矿物的还原方法包括：

所述含钛铁矿物和还原剂混合均匀后，在一定温度下进行还原反应，得到还原产物。

其中，所述还原产物的主要成分包括单质铁和二氧化钛。

在本发明一些具体的实施方式中，所述含钛铁矿物可以采用任意的、常规的含有钛元素和铁元素的矿物，所述还原剂可以采用任意的、常规的、能够通过购买得到的还原剂。

优选地，所述含钛铁矿物包括钛磁铁矿、海滨砂矿和板钛矿中的至少一种。

优选地，所述还原剂包括煤、一氧化碳、兰炭和冶金焦中的至少一种。

优选地，所述还原剂的质量为所述含钛铁矿物质量的40％～80％；包括但不限于50％、60％、70％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

优选地，所述混合的过程中还加入了活化剂。所述活化剂可以提高还原效率。

优选地，所述活化剂的质量为所述含钛铁矿物质量的2％～5％，包括但不限于2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施方式中，所述活化剂可以采用任意的、常规的具有促进还原效果的活化剂。

优选地，所述活化剂包括硼砂、碳酸钠、硫磺和硫化铁中的至少一种。

在本发明一些具体的实施方式中，所述含钛铁矿物的还原反应的温度和时间可以采用任意的、常规的还原温度以及保温时间。

优选地，所述还原反应的温度为900～1200℃，包括但不限于950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

所述还原反应的(保温)时间为1～5h，包括但不限于1.5h、2h、3h、4h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

第二方面，本发明提供了如上所述的含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法在冶金中的应用。

将上述含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法用于冶金领域中，可以缩短生产时间，提高生产效率，更适用于对于含钛铁矿物的深入研究与批量化生产。

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本发明以下各实施例和各对比例中，含钛铁矿物中的全铁的质量分数b的测定方法为全铁重铬酸钾滴定法，其具体包括如下步骤：

将0.1g含钛铁矿物至于锥形瓶中，向其中加入15g硫酸铵和55g质量分数为98％的浓硫酸混匀，加热微沸50min，冷却至室温后向其中加入60g水和11g质量分数为37％的浓盐酸，加热至微沸后，向其中滴加质量分数为10％的二氯化锡，至溶液由黄色褪色为无色，过量2滴迅速冷却，再向其中滴加11g饱和二氯化汞溶液，静置2min后，加入50g水、5.6g质量分数为85％的浓磷酸和4滴质量分数为1％的二苯胺磺酸钠，用摩尔浓度为0.01mol/L的重铬酸钾溶液滴定至紫色为终点，滴定所用的重铬酸钾的体积为V

本发明以下各实施例和各对比例中，含钛铁矿物中的FeO的质量分数c的测定方法为亚铁重铬酸钾滴定法，其具体包括如下步骤：

称取0.5g含钛铁矿物至于锥形瓶中，向其中加入0.5g碳酸氢钠、0.5g氟化钠和46g质量分数为37％的浓盐酸，盖上橡皮塞加热微沸20min后停止加热。立即向其中加入11g饱和硼酸溶液、2g碳酸氢钠、100g水、21g硫磷混酸(硫磷混酸由按照体积比为15:15:70的质量分数为98％的浓硫酸、质量分数为85％的浓磷酸和水配制得到)和4滴质量分数为1％的二苯胺磺酸钠指示剂，然后用摩尔浓度为0.01mol/L的重铬酸钾溶液滴定至紫色为终点，滴定所用的重铬酸钾的体积为V

本发明以下各实施例和各对比例中，采用XRF检测测定含钛铁矿物中的二氧化钛的质量分数a和还原产物中的二氧化钛的质量分数d的测试参数如下：

实施例1

(1)含钛铁矿物为攀西某钒钛磁铁矿(含有钛元素、铁元素以及硅、铝、钙、铁、钒、锰等杂质)，对其进行XRF检测可知含钛铁矿物中的二氧化钛的质量分数a＝11.93％。

采用全铁重铬酸钾滴定法对含钛铁矿物中的全铁的质量分数b进行测定并计算，含钛铁矿物中的全铁的质量分数b＝56.27％。

采用亚铁重铬酸钾滴定法对含钛铁矿物中的FeO的质量分数c进行测定并计算，含钛铁矿物中的FeO的质量分数c＝40.59％。

(2)将上述攀西某钒钛磁铁矿与煤和硼砂混合均匀后，于1000℃进行还原反应，保温5h后，得到还原产物。其中，煤的质量为攀西某钒钛磁铁矿质量的80％，硼砂的质量为攀西某钒钛磁铁矿质量的2％。

(3)对步骤(2)中制得的还原产物进行XRF检测，还原产物中的二氧化钛的质量分数d＝14.69％。

(4)计算金属化率η：将a、b、c、d值代入下述公式中进行计算，结果金属化率η＝94.58％。

其中，公式为：

实施例2

(1)含钛铁矿物为某海滨砂矿(含有钛元素、铁元素以及硅、铝、钙、铁、钒、锰等杂质)，对其进行XRF检测可知含钛铁矿物中的二氧化钛的质量分数a＝60.38％。

采用全铁重铬酸钾滴定法对含钛铁矿物中的全铁的质量分数b进行测定并计算，含钛铁矿物中的全铁的质量分数b＝21.03％。

采用亚铁重铬酸钾滴定法对含钛铁矿物中的FeO的质量分数c进行测定并计算，含钛铁矿物中的FeO的质量分数c＝16.08％。

(2)将上述某海滨砂矿与煤和硼砂混合均匀后，于1100℃进行还原反应，保温3h后，得到还原产物。其中，煤的质量为某海滨砂矿质量的40％。

(3)对步骤(2)中制得的还原产物进行XRF检测，还原产物中的二氧化钛的质量分数d＝64.42％。

(4)计算金属化率η：将a、b、c、d值代入下述公式中进行计算，结果金属化率η＝83.87％。

其中，公式为：

实施例3

(1)含钛铁矿物为某海滨砂矿(含有钛元素、铁元素以及硅、铝、钙、铁、钒、锰等杂质)，对其进行XRF检测可知含钛铁矿物中的二氧化钛的质量分数a＝55.23％。

采用全铁重铬酸钾滴定法对含钛铁矿物中的全铁的质量分数b进行测定并计算，含钛铁矿物中的全铁的质量分数b＝25.77％。

采用亚铁重铬酸钾滴定法对含钛铁矿物中的FeO的质量分数c进行测定并计算，含钛铁矿物中的FeO的质量分数c＝12.18％。

(2)将上述某海滨砂矿与煤和硼砂混合均匀后，于1150℃进行还原反应，保温1.5h后，得到还原产物。其中，煤的质量为某海滨砂矿质量的40％。

(3)对步骤(2)中制得的还原产物进行XRF检测，还原产物中的二氧化钛的质量分数d＝62.45％。

(4)计算金属化率η：将a、b、c、d值代入下述公式中进行计算，结果金属化率η＝88.26％。

其中，公式为：

对比例1

与实施例1基本相同，区别仅在于，步骤(3)和步骤(4)不同。本对比例的步骤(3)和步骤(4)如下：

(3)采用全铁重铬酸钾滴定法对还原产物中的全铁的质量分数x进行测定并计算，x＝69.06％。采用亚铁重铬酸钾滴定法对还原产物中的FeO的质量分数y进行测定并计算，y＝65.48％。

(4)计算金属化率η：η＝y/x×100％＝94.81％。

对比例2

与实施例2基本相同，区别仅在于，步骤(3)和步骤(4)不同。本对比例的步骤(3)和步骤(4)如下：

(3)采用全铁重铬酸钾滴定法对还原产物中的全铁的质量分数x进行测定并计算，x＝26.79％。采用亚铁重铬酸钾滴定法对还原产物中的FeO的质量分数y进行测定并计算，y＝22.39％。

(4)计算金属化率η：η＝y/x×100％＝83.57％。

对比例3

与实施例2基本相同，区别仅在于，步骤(3)和步骤(4)不同。本对比例的步骤(3)和步骤(4)如下：

(3)采用全铁重铬酸钾滴定法对还原产物中的全铁的质量分数x进行测定并计算，x＝34.75％。采用亚铁重铬酸钾滴定法对还原产物中的FeO的质量分数y进行测定并计算，y＝30.72％。

(4)计算金属化率η：η＝y/x×100％＝88.40％

通过比较实施例1与对比例1、实施例2与对比例2、实施例3与对比例3的金属化率η的结果可以发现，其数值相差不大。

可见，本发明提供的含钛铁矿物还原后金属化率的计算方法可以实现，且准确率高。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。