人造金紅石是指利用化學加工方法，將鈦鐵礦中的大部分鐵成分分離出去所生產的一種在成分和結構性能與天然金紅石相同的富鈦原料。其TiOz含量視加工工藝的不同波動在91%～96%．是天然金紅石的優質代用品，大量用於生產氯化法二氧化鈦，也可用於生產四氯化鈦、金屬鈦以及搪瓷製品和電焊條藥皮，還可用於生產人造金紅石黃顏料。
基本介紹
概述,人造金紅石生產原理,人造金紅石生產方法,人造金紅石生產新技術,
概述
金紅石是一種黃色至紅棕色的礦物，其主要成分是
，還含有一定量的鐵、鈮和鉭。鐵是由於它與鈦鐵礦共生的結果。由於
與
、
引的相似性，鈮和鉭常伴生在鈦礦石中。金紅石是較純的二氧化鈦，一般含二氧化鈦在95%以上，但地殼中儲量較少。
人造金紅石(artificial rutile)又稱合成金紅石(synthetic rutile)。系指利用化學加工方法，將鈦鐵礦中的大部分鐵成分分離出去所生產的一種在成分和結構性能與天然金紅石相同的富鈦原料。其
含量視加工工藝的不同波動在91%～96%．是天然金紅石的優質代用品，大量用於生產氯化法二氧化鈦，也可用於生產四氯化鈦、金屬鈦以及搪瓷製品和電焊條藥皮，還可用於生產人造金紅石黃顏料。主要生產國家有澳大利亞、美國、日本、印度、馬來西亞等。產齡已超過天然余紅石，主要原因是天然金紅石儲量同漸枯竭，產量逐年下降。
由於金紅石有用作寶石的優良性質，所以人們一直在研究科學合成金紅石的方法。1947年，美國鉛業公司首先用焰熔法制出了人造金紅石，其中的無色透明者，主要就是用作鑽石的代用品或假冒品。用無色透明的人造金紅石琢磨成的寶石閃亮刺眼、五彩繽紛，超過了真鑽石，常被稱為“五彩鑽”或“五色鑽”，與真鑽石不難區別。由於金紅石有強烈的雙折射，用放大鏡從頂面觀察“五彩鑽”，可以發現底部的稜線的顯著的雙影，真鑽石則絕不會出現雙影。此外，“五彩鑽”因為閃光過分艷麗，並帶有不清亮的乳白光，看來有庸俗之感。
人造金紅石生產原理
人造金紅石生產是鈦礦物原料的富集過程之一，主要是經濕法處理除去非鈦雜質的高鈦物料。人造金紅石是四氯化鈦生產的主要原料之一，而四氯化鈦又是生產鈦白和海綿鈦的中間原料，因此人造金紅石生產工藝的改進、產量的增加及產品質量的提高等，對於海綿鈦及鈦白生產均有明顯影響。生產人造金紅石的原料是鈦鐵礦，少數為鈦渣，但鈦渣也是由鈦鐵礦生產的，可以說，鈦鐵礦是人造金紅石生產的基本原料。
由鈦鐵礦生產人造金紅石的工藝基礎是除去鈦鐵礦中的鐵及其他雜質，最大限度地以金紅石形式富集鈦。根據除鐵工藝的特點．需將鐵氧化和還原，然後用適宜方法除去。人造金紅石生產對鈦鐵礦原料的要求較寬，但對低放射性的要求較嚴。當然從經濟及工藝方面考慮，仍然還是低雜質、高品位的鈦鐵礦最受歡迎。
人造金紅石生產工藝的主體均包括鈦鐵礦的氧化、還原、浸出及廢酸的處理，最終產品是多孔金紅石型的顆粒氧化鈦相。一般工藝過程是，在800℃焙燒鈦鐵礦，在原生顆粒內碎裂成赤鐵礦、金紅石和假板鈦礦，使其分別成為鐵和鈦的氧化物，然後將其分離。
由於碎裂後增加了各相可供利用的反應表面，隨後於1100～1200℃還原焙燒，反應更趨完全。若鐵弱還原為
(Benelite法、Murso法、石原法)，在鹽酸或硫酸中溶解時，氧化鈦相不溶，此時在固相含量高(鈦飽和)的條件下，鈦將隨原有顆粒再沉澱為假象晶體，而鐵、鎂、鈣、錳、鈾、鋁等進入溶液，從而與鈦分離。這樣產出的人造金紅石理論純度應>95%
。
但在金紅石形成時，有部分離子鐵還原成金屬鐵，並與部分雜質元素形成難溶化合物，不能被酸浸除去，所以通常人造金紅石純度只有89%～92%。若能控制雜質元素鐵及其他組分較少形成難溶化合物，並強化酸浸條件．還是有望生產出
含量較高的人造金紅石，這也就是目前一些公司提高人造金紅石品位的研究方向。
人造金紅石生產方法
人造金紅石生產方法主要有以下幾種。
(1)石原法：將鈦鐵礦中的鐵用石油焦弱還原至
，然後用硫酸法鈦白廠的廢硫酸浸取除鐵．富集鈦的固體煅燒，產出人造金紅石，最終廢酸用於生產肥料。
(2)Benelite法：由美國Benelite公司發明，用重油焙燒鈦鐵礦使鐵弱還原為
，用鹽酸加壓浸出除Fe及Ca、Mg、Mn，富集鈦為人造金紅石形式。該工藝需解決氯化鐵及廢鹽酸的治理。
(3)Murso法：先在900℃下流態化焙燒鈦鐵礦使之預氧化，然後用一氧化碳和氫將鐵弱還原至二價，用鹽酸於100℃浸出除鐵，最終將鈦富集成人造金紅石。該法原料要求寬，但需粒度一定。氣體還原消除了固體炭還原時煤灰的污染。
(4)Becha法：又稱鏽蝕法。於1100℃下用細磨煤將鈦鐵礦中的鐵強還原為金屬鐵，在無氧條件下冷卻，在有氯化銨作催化劑的水中用卒氣將鐵鏽蝕為
，旋流分級除去，最終將鈦富集為人造金紅石。
(5)選擇氯化法：鈦鐵礦預氧化後，在石油焦存在下通氯氣選擇氯化，使鐵呈
形式揮發，固體磁選進一步除鐵，浮選除去過量還原劑，最終獲得人造金紅石。
(6)鈦渣法：以鈦渣為原料經酸浸除雜，最後產出人造金紅石。
生產人造金紅石的各種可能方法的工藝流程如右圖所示。
人造金紅石生產新技術
近年來國內外試驗了一些生產人造金紅石的新揖術、新方法，但因技術經濟評價認為尚不適合實現工業化，因而暫無大規模套用實例。這些方法主要有硫化浸出、鹼性浸出、羰基化法、等離子法、萃取法及微波法等。
有人提出了高鈦渣微波加熱一選礦聯合工藝製備高品質的人造金紅石產品的新工藝。並與常規加熱方式進行了對比。高鈦渣的主要成分為鈦的氧化物、
、
、
、
和
，以及硫、磷、碳等少量元素。高鈦渣的主要物相是銳鈦型
和
(
型黑鈦石固溶體)以及少量的金紅石型 
。高鈦渣在850℃左右銳鈦型
開始不可逆地轉變為金紅石型Tioz。微波焙燒高鈦渣的最佳工藝參數為焙燒溫度936℃。微波功率2.5kW，保溫時間48min。為了提高微波焙燒產物中Ti02的含量，採用選礦工藝除去其中的雜質。當磨礦時問為60min，磁選電流為5A，抑制劑CMC的用量為250
，捕收劑羥肟酸的用量為300
時，產品的二氧化鈦品位達到91.25%，滿足國家人造金紅石行業標準中優級品標準。
王習東的發明充分利用含鈦高爐渣自身高熱量的特點，通過對含鈦高爐渣進行改性，生產人造金紅石，分離後的殘渣可用於生產礦渣水泥。利用含鈦高爐渣生產人造金紅石，先在空氣或氧氣氣氛下，用高鈦電爐渣和二氧化矽對含鈦高爐渣進行改性；然後使改性後的含鉍高爐渣在1500～1600℃下保溫0.5～1h．冷卻結晶。得到金紅石晶體；最後用選礦方法分離得到金紅石晶體。該工藝的優點在於流程短、設備簡單、可充分利用含鈦高爐渣自身攜帶能熱能，產物雜質少、無環境污染。
攀枝花研究人員針對攀西高鈣鎂鈦鐵礦，開展了“鈦精礦流態化改性
鹽酸常壓浸出
廢液Ruthner爐噴霧焙燒鹽酸回收製取人造金紅石”的新工藝研究，製備出了
、
、粒度滿足沸騰氯化要求的富鈦料。在流態化氧化爐中，預熱過的鈦精礦在1000℃左右氧化1～2h。再在還原爐中控制溫度800℃左右還原1～2h，獲得改性鈦精礦，其表面出現微裂紋和孔洞，使得雜質元素活性增強．常壓下即可實現鹽酸浸出，最後過濾、洗滌和迴轉窯煅燒乾燥。該工藝的優點是流程短、工序少，可實現常壓浸出，產業化容易。
針對採用鹽酸浸出法浸取鈦鐵礦的生產工藝．為提高其浸出速率，陳樹忠等發明了一種浸取液和該浸取液的製備方法以及套用該浸取液浸取鈦鐵礦的方法。該浸取液是由可溶性氯化鹽與鹽酸組成的複合體系。浸取液中可溶性氯化鹽的濃度為0.5mol/L至飽和濃度。浸取液中鹽酸濃度為15%～33%(質量分數)。套用該浸取液和鹽酸浸出法浸取鈦鐵礦等原料時，可以增加氯化氫中氫離子的活度，提高浸出效率，有效地縮短浸出時間．並可降低鹽酸浸出濃度，利於循環回收利用，進而降低鹽酸回收成本。
澳大利亞ILUKA資源有限公司提出了一種從二級鈦鐵礦等鈦礦中以合成金紅石形式提煉鈦的工藝，包括：在1075℃以上高溫下在還原性氣氛中進行礦石處理；在碳質還原劑中將鈦鐵礦轉換成還原鈦鐵礦．其中鈦鐵礦中的氧化鐵還原成金屬鐵；然後析出金屬鐵，生成合成金紅石產物。碳質還原劑由木炭組成，水分含量低於40%，揮發分含量大於30%，灰分含量低於10%．其汽化反應性可提升氧化鐵和鈦的還原速率．從而使得合成金紅石產物中
含量達到90%以上。
美國DUBRAWSKI JULES VICTOR發明了一種鈦精礦轉換用鹽酸製造與再生工藝。包括如下步驟：①加熱石灰和氯化銨混合物，產生氯化鈣和氨氣；②用酸處理氯化鈣，形成鹽酸；③用第②步生成的鹽酸與原生鈦精礦混合進行轉換：④從第⑧步產物中析出經轉換的(二級)鈦精礦，產生一種含氯化鐵的浸出液；⑤中和第④步產生的浸出液，並產生氯化鈣；⑥將第⑤步產生的氯化鈣轉移至第②步，從而獲得再生。
