專利名稱：一種含鈦廢渣的綜合利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含鈦廢渣的綜合利用方法。
背景技術(shù)：
含鈦廢渣(包括含鈦尾礦和含鈦高爐渣)的排放造成了大量鈦資源的流失，同時(shí)也 污染了環(huán)境，因此，對(duì)它的利用已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。含鈦廢渣不能直接用于水泥的生 產(chǎn)，因此限制了它的使用。從60年代末起，重慶大學(xué)和攀鋼研究院等以含硅75%的硅鐵 為還原劑，生產(chǎn)出硅鈦鐵合金，用它代替鈦鐵生產(chǎn)出低鈦合金鋼。80年代末，完成了用含鈦 廢渣制取TiCl4的試驗(yàn)研究。東北大學(xué)將分散在多種物相中的鈦組分盡可能地富集到一種 物相(鈣鈦礦)中；然后再適當(dāng)控制冷卻速度促使富集了鈦組分的物相長(zhǎng)大粗化，達(dá)到選礦 分離的粒度要求(> 40 μ m)，最后用選礦方法分離，即選擇性富集、長(zhǎng)大與分離，選出品位 35% 40%的鈣鈦礦。此外，還有用含鈦廢渣制備釉面磚和Sialon陶瓷材料的報(bào)道。這 些研究中將廢渣整體利用的方案沒有充分考慮利用渣中的鈦資源，部分利用或以提取TiO2 為目的的研究工藝過程復(fù)雜，鈦資源利用率一般僅為65% 85%，且有新的廢棄與新的污 染。另外，未見有從含鈦廢渣中回收氧化鋁的報(bào)道。因此，開發(fā)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、產(chǎn)品需 求量大、鈦等資源利用率高、對(duì)環(huán)境污染小，消除含鈦廢渣對(duì)環(huán)境的污染、同時(shí)能夠?qū)ζ浯?量地利用的新工藝，是目前急需解決的問題。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810011305. 7的技術(shù)利用含鈦高爐渣和硫酸銨等原料制備植物 肥料，但該工藝存在如下缺點(diǎn)⑴含鈦高爐渣中鈦的溶解率為82%，仍有18%的鈦不能利用， 造成了鈦資源的流失；⑵工藝過程中有氨氣揮發(fā)，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的空氣污染及操作人員中 毒等問題，如果考慮回收氨氣將大大增加工藝的復(fù)雜程度和成本；⑶含鈦高爐渣中的鋁沒 能回收利用，造成了鋁資源的流失；⑷產(chǎn)品附加值較低，經(jīng)濟(jì)效益不高。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810229589. 7的技術(shù)提供了一種用含鈦高爐渣制備鉀氮硫鎂鈦 鐵硅葉面肥和鈣硫硅肥的方法，該工藝除存在上述四條缺點(diǎn)外，還存在這一問題含鈦高爐 渣中的部分CaTi03作為雜質(zhì)存在于提取鈦后剩余的殘?jiān)校駽aTi03含量較大，且結(jié)晶能 力強(qiáng)，故不能用作水泥添加劑，而僅能用作鈣硫硅肥。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種含鈦廢渣的綜合利用方法， 解決環(huán)境污染問題的同時(shí)充分利用了鈦和鋁資源。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是按如下步驟進(jìn)行
⑴破碎和粉磨將含鈦廢渣經(jīng)破碎和粉磨得到直徑50 160 μ m的粉末； ⑵混料將含鈦 廢渣粉末與硫酸銨進(jìn)行混合，然后再與硫酸鉀混合均勻，物料混合按重 量百分比為含鈦廢渣粉末硫酸銨硫酸鉀=1:3 14:1 8 ；
⑶熔融將上述混勻的物料升溫至200 500°C并保溫1 50min，得到塊狀固體和氨
氣；⑷溶解和過濾將上述所獲塊狀固體置于水中溶解，然后過濾得到濾液和殘?jiān)?，殘?jiān)?作水泥添加劑；
(5)鈦的沉淀向上述的濾液中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為1.8 3.5，使濾 液中的鈦沉淀、分離，獲取二氧化鈦和母液1 ；
(6)鋁的沉淀向母液1中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為5.8 7. 5，使母液1 中的鋁沉淀、分離，獲取氧化鋁和母液2 ；將母液2加熱蒸干，得到含硫酸銨和硫酸鉀的混合 物，該混合物循環(huán)到步驟⑵進(jìn)行再利用。所述的含鈦廢渣中二氧化鈦的重量百分?jǐn)?shù)為4% 36%。所述的步驟(4)的濾液中，水溶性鈦占含鈦廢渣中鈦的總重量的百分比 ≥97. 1%，水溶性鋁占含鈦廢渣中鋁的總重量的百分比≥97. 2%。所述的步驟(5)中以二氧化鈦形式沉淀的鈦占濾液中鈦總重量的百分≥95. 4%。所述的步驟(6)中以氧化鋁形式沉淀的鋁占母液1中鋁總重量的百分比 ≥98. 0%。所述的產(chǎn)物二氧化鈦重量純度> 99%，粒度為納米級(jí)；水泥添加劑的成分為 65. 8wt% 69. 3wt%的硫酸鈣、30wt% 33wt%的硅酸鈣和含量為0. 3 1. 2wt%的二氧化 鈦。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)及其有益效果是
本發(fā)明選用的原料硫酸鉀在加熱條件下化學(xué)性質(zhì)活潑，能穿透礦物晶格，與含鈦廢渣 發(fā)生熔融反應(yīng)，與硫酸銨發(fā)生協(xié)同作用，促進(jìn)含鈦廢渣的分解，縮短反應(yīng)時(shí)間并提高二氧化 鈦的溶解率，使其達(dá)到97%以上，徹底解決了鈦資源流失的問題，同時(shí)從含鈦廢渣中回收了 鋁資源；另外，本發(fā)明的產(chǎn)物水泥添加劑中二氧化鈦含量為3%以下，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可以用 于水泥的生產(chǎn)，是現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。一般認(rèn)為，礦物原料中有價(jià)組分的百分含量越低，其處理的難度越大。因此，對(duì)二 氧化鈦的重量百分比為4% 13%的含鈦廢渣，如含鈦尾礦的處理工藝一直是研究的空 白，本發(fā)明很好的處理了含鈦尾礦，是技術(shù)上顯著的進(jìn)步。綜上所述，本發(fā)明的原料來(lái)源廣泛，一次性整體利用含鈦廢渣，并實(shí)現(xiàn)中間產(chǎn)物循 環(huán)利用，降低了原材料和水的消耗，無(wú)二次污染，工藝簡(jiǎn)單，成本低，產(chǎn)品附加值高，經(jīng)濟(jì)效 益高。既解決了含鈦廢渣的大量排放造成的環(huán)境污染問題，又合理利用了鈦和鋁等資源，徹 底解決了鈦和鋁等資源流失的問題，且本發(fā)明方法易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有可觀的環(huán)境 效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為含鈦廢渣的綜合利用方法工藝流程方塊圖。圖2為本發(fā)明制備的二氧化鈦的XRD圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述的實(shí)施 例。實(shí)施例1 ⑴破碎和粉磨將含二氧化鈦的重量百分比為4%的含鈦廢渣經(jīng)破碎和粉磨得到直徑50 μ m的粉末；
⑵混料按重量比含鈦廢渣粉末硫酸銨硫酸鉀=1:4:8稱取原料，將含鈦廢渣粉末與 硫酸銨混合后，然后再與硫酸鉀混合均勻；
⑶熔融將上述混勻的物料升溫至370°C并保溫50min，得到塊狀固體和氨氣； ⑷溶解和過濾將上述塊狀固體置于水中溶解，然后過濾得到濾液和殘?jiān)?，濾液中水溶 性鈦，占含鈦廢渣中鈦總重量的百分比為97. 1%，水溶性鋁占含鈦廢渣中鋁總重量的百分 比為97. 2%，殘?jiān)米魉嗵砑觿?br> (5)鈦的沉淀向上述的濾液中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為2.1，使濾液中 的鈦沉淀，生成二氧化鈦和母液1，以二氧化鈦形式沉淀的鈦占濾液中鈦總重量的百分比為 95. 4% ；
(6)鋁的沉淀向母液1中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為7.5，使母液1中的鋁 沉淀，生成氧化鋁和母液2，以氧化鋁形式沉淀的鋁占濾液中鋁總重量的百分比為99% ；將 母液2加熱蒸干，得到含硫酸銨和硫酸鉀的混合物，該混合物作為循環(huán)到步驟⑵進(jìn)行再利用。所述的產(chǎn)物二氧化鈦重量純度為99. 2%，粒度為25nm ；水泥添加劑的成分為68wt% 的硫酸鈣、31. 7wt%的硅酸鈣和含量為0. 3wt%的二氧化鈦。實(shí)施例2
⑴破碎和粉磨將含二氧化鈦的重量百分比為33%的含鈦廢渣經(jīng)破碎和粉磨得到直 徑150 μ m的粉末；
⑵物料混料按重量比含鈦廢渣粉末硫酸銨硫酸鉀=1:12:5稱取原料，將含鈦廢渣 粉末與硫酸銨混合后，然后再與硫酸鉀混合均勻；
⑶熔融將上述混勻的物料升溫至480°C并保溫3min，得到塊狀固體和氨氣； ⑷溶解和過濾將上述塊狀固體置于水中溶解，然后過濾得到濾液和殘?jiān)?，濾液中水溶 性鈦，占含鈦廢渣中鈦總重量的百分比為98.9%，水溶性鋁占含鈦廢渣中鋁總重量的百分 比為98. 6%，殘?jiān)米魉嗵砑觿?br> (5)鈦的沉淀向上述的濾液中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為3.3，使濾液中 的鈦沉淀，生成二氧化鈦和母液1，以二氧化鈦形式沉淀的鈦占濾液中鈦總重量的百分比為 99. 1% ；
(6)鋁的沉淀向母液1中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為6.9，使母液1中的鋁 沉淀，生成氧化鋁和母液2，以氧化鋁形式沉淀的鋁占濾液中鋁總重量的百分比為98. 3% ； 將母液2加熱蒸干，得到含硫酸銨和硫酸鉀的混合物，該混合物循環(huán)到步驟⑵進(jìn)行再利用。所述的產(chǎn)物二氧化鈦重量純度為99.4%，粒度為50nm;水泥添加劑的成分為 69. 3wt%的硫酸鈣、30wt%的硅酸鈣和含量為0. 7wt%的二氧化鈦。實(shí)施例3
⑴破碎和粉磨將含二氧化鈦的重量百分比為21%的含鈦廢渣經(jīng)破碎和粉磨得到直 徑95 μ m的粉末；
⑵按重量比含鈦廢渣粉末硫酸銨硫酸鉀=1:9:2稱取原料，將含鈦廢渣粉末與硫酸 銨混合后，然后再與硫酸鉀混合均勻；⑶熔融將上述混勻的物料升溫至240°C并保溫32min，得到塊狀固體和氨氣；
⑷溶解和過濾將上述塊狀固體置于水中溶解，然后過濾得到濾液和殘?jiān)?，濾液中水溶 性鈦，占含鈦廢渣中鈦總重量的百分比為97. 5%，水溶性鋁占含鈦廢渣中鋁總重量的百分 比為97. 8%，殘?jiān)米魉嗵砑觿?br> (5)鈦的沉淀向上述的濾液中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為2.6，使濾液中 的鈦沉淀，生成二氧化鈦和母液1，以二氧化鈦形式沉淀的鈦占濾液中鈦總重量的百分比為 98. 7% ；
(6)鋁的沉淀向母液1中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為6.2，使母液1中的鋁 沉淀，生成氧化鋁和母液2，以氧化鋁形式沉淀的鋁占濾液中鋁總重量的百分比為98. 1% ； 將母液2加熱蒸干，得到含硫酸銨和硫酸鉀的混合物，該混合物循環(huán)到步驟⑵進(jìn)行再利用。
所述的產(chǎn)物二氧化鈦重量純度為99.3%，粒度為70nm;水泥添加劑的成分為 65. 8wt%的硫酸鈣、33wt%的硅酸鈣和含量為1. 2wt%的二氧化鈦。
權(quán)利要求
一種含鈦廢渣的綜合利用方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行⑴破碎和粉磨將含鈦廢渣經(jīng)破碎和粉磨得到直徑50～160μm的粉末；⑵混料將含鈦廢渣粉末與硫酸銨進(jìn)行混合，然后再與硫酸鉀混合均勻，物料混合按重量百分比為含鈦廢渣粉末硫酸銨硫酸鉀=1:3～14:1～8；⑶熔融將上述混勻的物料升溫至200～500℃并保溫1～50min，得到塊狀固體和氨氣；⑷溶解和過濾將上述所獲塊狀固體置于水中溶解，然后過濾得到濾液和殘?jiān)?，殘?jiān)米魉嗵砑觿?；⑸鈦的沉淀向上述的濾液中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為1.8～3.5，使濾液中的鈦沉淀、分離,獲取二氧化鈦和母液1；⑹鋁的沉淀向母液1中通入步驟(3)得到的氨氣，并控制pH為5.8～7.5，使母液1中的鋁沉淀、分離，獲取氧化鋁和母液2；將母液2加熱蒸干，得到含硫酸銨和硫酸鉀的混合物，該混合物循環(huán)到步驟⑵進(jìn)行再利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鈦廢渣的綜合利用方法，其特征在于所述的含鈦廢渣 中二氧化鈦的重量百分?jǐn)?shù)為4% 36%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鈦廢渣的綜合利用方法，其特征在于所述的步驟(4) 的濾液中，水溶性鈦占含鈦廢渣中鈦的總重量的百分比≥ 97. 1%，水溶性鋁占含鈦廢渣中 鋁的總重量的百分比≥97. 2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鈦廢渣的綜合利用方法，其特征在于所述的步驟(5) 中以二氧化鈦形式沉淀的鈦占濾液中鈦總重量的百分≥95. 4%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鈦廢渣的綜合利用方法，其特征在于所述的步驟(6) 中以氧化鋁形式沉淀的鋁占母液1中鋁總重量的百分比≥98.0%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鈦廢渣的綜合利用方法，其特征在于所述的產(chǎn)物二氧 化鈦重量純度≥ 99%，粒度為納米級(jí)；水泥添加劑的成分為65. 8wt% 69. 3wt%的硫酸鈣、 30wt% 33wt%的硅酸鈣和含量為0. 3 1. 2wt%的二氧化鈦。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含鈦廢渣的綜合利用方法，按如下步驟進(jìn)行實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是按如下步驟進(jìn)行⑴破碎和粉磨將含鈦廢渣經(jīng)破碎和粉磨得到直徑50～160μm的粉末；⑵物料混料將含鈦廢渣粉末與硫酸銨進(jìn)行混合，然后再與硫酸鉀混合均勻；⑶熔融將上述混勻的物料升溫至200～500℃并保溫1～50min，得到塊狀固體和氨氣；⑷溶解和過濾將上述塊狀固體置于水中溶解、過濾得到濾液和殘?jiān)?，殘?jiān)米魉嗵砑觿虎赦伒某恋?；⑹鋁的沉淀。本發(fā)明的原料來(lái)源廣泛，既解決了含鈦廢渣的大量排放造成的環(huán)境污染問題，又合理利用了鈦和鋁等資源，具有可觀的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C04B5/00GK101988158SQ20101057625
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者張悅, 楊合, 白麗麗, 薛向欣 申請(qǐng)人:東北大學(xué)