專利名稱：赤泥提取鈦渣工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種赤泥提取鈦渣工藝，為堿法生產(chǎn)氧化鋁流程中廢棄物的處理辦法，屬于輕金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
赤泥，是用鋁土礦提煉氧化鋁過程中產(chǎn)生的廢棄物，因其為赤紅色泥漿狀而得名。隨著鋁工業(yè)的不斷發(fā)展，目前全世界每年產(chǎn)生約6000萬噸赤泥，我國的赤泥排放量每年為450萬噸以上。世界各國大多數(shù)氧化鋁廠是將赤泥堆積或傾入深海，赤泥的存放不僅占用大量土地和農(nóng)田、耗費(fèi)較多的堆場建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，而且存在于赤泥中的剩余堿液向地下滲透，造成地下水污染。此外，堆場的赤泥形成的粉塵到處飛揚(yáng)，破環(huán)生態(tài)環(huán)境，造成嚴(yán)重污染。在土地資源日趨緊張、環(huán)境保護(hù)日趨重要的當(dāng)今社會，赤泥的綜合治理已成為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)之一。
赤泥依氧化鋁生產(chǎn)方法的不同，可分為燒結(jié)法、拜耳法和聯(lián)合法赤泥三種，拜耳法生產(chǎn)處理的是一水軟鋁石型和三水鋁石型鋁土礦，采用強(qiáng)堿NaOH溶出高鋁、高鐵鋁土礦，產(chǎn)生的赤泥中氧化鋁、氧化鐵、堿含量高。燒結(jié)法和聯(lián)合法處理的是難溶的高硅、低鐵、一水硬鋁石型、高嶺石型鋁土礦，產(chǎn)生的赤泥CaO含量高，堿和鐵含量較低。我國主要是以一水硬鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的燒結(jié)法、聯(lián)合法赤泥，其主要成分為硅酸二鈣及其水合物國外則以拜耳法為主，拜耳法赤泥的主要成分為赤鐵礦、鋁硅酸鈉水合物、鈣霞石等。
在赤泥豐量金屬的回收方面，印度Bharat鋁業(yè)公司利用本公司的拜耳法赤泥回收TiO2，其具體的工藝過程是將一定量的赤泥于兩倍的自來水混合攪拌，借助絮凝劑進(jìn)行沉降，之后將洗滌過的赤泥與HCl緩慢反應(yīng)，自至泥漿中和，在90℃-95℃時(shí)調(diào)整pH值為4。再用絮凝劑沉降，干燥沉降的赤泥，繼續(xù)在加熱的條件下用濃HCl處理，經(jīng)反應(yīng)泥漿變?yōu)榛疑礈焓鼓酀{與溶液分離，此時(shí)泥漿內(nèi)為以SiO2和TiO2為主，再對熱的泥漿采用H2SO4法提取氧化鈦，這樣熱的濃硫酸使得二氧化鈦轉(zhuǎn)化為它的硫酸鹽，之后將所得含有硫酸鈦的硫酸溶液進(jìn)行水解，得到白色的偏鈦酸沉淀。使用此法可以容易的回收TiO2，并且回收過程中所用的酸全部再循環(huán)，其后得到的廢渣亦可用于海綿鐵的生產(chǎn)。這個(gè)方法的缺點(diǎn)是(1)泥中大量的鐵、鋁、鈉、鈣、鎂、鉀等元素全部要參加反應(yīng)，全部溶解，酸液量大，酸濃度高，酸實(shí)現(xiàn)全部再循環(huán)的流程更長，處理工藝復(fù)雜，污染嚴(yán)重。
(2)鐵元素還是要放到最后的酸溶液里提取，再進(jìn)行海綿鐵的生產(chǎn)。
(3)赤泥中所富有的鈧、鋯、釷、鎵等貴重金屬也會隨著濃酸溶液的處理而得不到有效富集和回收，是很不經(jīng)濟(jì)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種赤泥提取鈦渣工藝，變廢為寶，降低生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境。
本發(fā)明所述的赤泥提取鈦渣工藝，步驟如下(1)在預(yù)處理的赤泥中加入還原劑配料；(2)將配料加入到熔煉爐中熔煉除鐵；(3)對熔融渣進(jìn)行水淬，溶出部分硅、鋁、鈉元素；(4)對水淬渣進(jìn)行粉碎處理；(5)將水淬渣加入到酸性調(diào)整液中，溶出剩余的鈉、鈣、鎂、鋁、鐵元素，將溶出渣進(jìn)行烘干為鈦渣。
本發(fā)明中赤泥中全鐵質(zhì)量含量大于10％，TiO2質(zhì)量含量大于10％，充分洗滌后烘干破碎，粒度控制d50＝20-100um。優(yōu)選為全鐵質(zhì)量含量大于18％，TiO2質(zhì)量含量大于18％，洗滌后烘干破碎粒度d50＝20-100um。
還原劑為碳粉，如石墨、焦炭等，加入量為理論配碳量的1.1-1.2倍。70-80％質(zhì)量碳粉為細(xì)碳粉，d50＝20-200um，優(yōu)選為40-140um，20-30％質(zhì)量碳粉為碳粒，粒度為1-3mm。
赤泥與細(xì)碳粉質(zhì)量的70％混合后，擠壓成塊狀備用，一般塊狀或球狀等。
熔煉爐為底部重新開一個(gè)出渣嘴的三電極煉鋼電弧爐，也可為三電極的礦熱爐改造而成，采用埋弧熔煉的方式熔煉。
控制的條件為先爐底加入10-15％細(xì)碳粉量，然后加入赤泥配碳料與顆粒碳粒的混合料，開啟電弧爐，控制的極心圓功率密度1200-1800A/m2，二次電流與二次電壓的比應(yīng)大于260，保持冶煉狀態(tài)到赤泥料熔化完畢，然后再加入剩余的細(xì)碳粉進(jìn)行深度熔煉造渣。
水淬溶液為氧化鋁流程中的碳酸化分解鋁酸鈉溶液所得到的碳分母液，可在出渣口進(jìn)行水淬，水淬液進(jìn)行過濾，濾液返回氧化鋁廠利用。
水淬渣進(jìn)行烘干后粉碎，粉碎磨細(xì)，控制d50＝10-300um，優(yōu)選為100-150um。
酸性調(diào)整液是由蒸餾水、濃度30％的鹽酸和返回浸出液組成的復(fù)合溶液，控制酸液H+濃度為0.2-8mol/L，優(yōu)選0.5-4mol/l，浸出液固比4-15∶1，溫度30-95℃。
本發(fā)明具有以下特點(diǎn)(1)生產(chǎn)原料為氧化鋁生產(chǎn)流程中廢棄物，按照此法利用，延伸了產(chǎn)業(yè)鏈，減少了氧化鋁生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低能耗，降低了氧化鋁生產(chǎn)成本。
(2)采用還原鈦渣的辦法處理赤泥，實(shí)現(xiàn)了赤泥中鐵元素的綜合利用，并實(shí)現(xiàn)了有效分離。
(3)技術(shù)參數(shù)容易控制，鐵元素有效利用率可達(dá)到94％以上，鈦渣中氧化鈦含量可達(dá)82％。
(4)采用富集鈦渣的辦法，得到的含鈦原料可以進(jìn)行提取氧化鈦、氧化鈧的工藝處理，這樣通過流程串接的辦法，就實(shí)現(xiàn)了赤泥豐量金屬的綜合利用。保護(hù)了環(huán)境，降低了氧化鋁生產(chǎn)成本，提升氧化鋁生產(chǎn)能力。
(5)生產(chǎn)成本低，生成物市場容量大，奠定了推廣應(yīng)用基礎(chǔ)。
(6)此流程實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化作業(yè)，便于進(jìn)行大型工業(yè)化生產(chǎn)。
(7)本發(fā)明方法的應(yīng)用減少因赤泥存放對環(huán)境的污染，大大解決環(huán)境保護(hù)的問題。
(8)使燒結(jié)系統(tǒng)大幅度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能和降耗，有利于最大限度地發(fā)揮燒結(jié)法和拜耳法兩大系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，優(yōu)化生產(chǎn)流程。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1本發(fā)明所述的赤泥提取鈦渣的方法，步驟如下(1)選擇赤泥的成分為全鐵質(zhì)量含量20％，TiO2質(zhì)量含量25％。充分洗滌后烘干破碎，粒度(d50)為40um。還原劑為石墨，加入量為理論配碳量的1.1倍?？刂?0％的粒度(d50)控制優(yōu)選為80um，30％的粒度為1-3mm的顆粒石墨。赤泥與石墨粉量的70％混合后，擠壓成塊狀備用。
(2)然后加入到開一個(gè)出渣嘴的三電極煉鋼電弧爐內(nèi)進(jìn)行熔煉除鐵，先爐底加入15％石墨粉，然后加入赤泥配碳料與顆粒碳粒的混合料，采用埋弧熔煉的方式，控制的極心圓功率密度1200-1800A/m2波動，二次電流與二次電壓的比大于260。保持冶煉狀態(tài)到赤泥料熔化完畢，然后再加入剩余15％的石墨粉進(jìn)行深度熔煉造渣。
(3)熔煉完畢后，渣口出渣、鐵口出鐵，采用燒結(jié)法氧化鋁流程中的碳酸化分解鋁酸鈉溶液所得到的碳分母液，對出渣料進(jìn)行水淬，水淬液進(jìn)行過濾，濾液返回氧化鋁廠，得到部分含有硅、鋁、鈉的溶液進(jìn)行回收利用。
(4)對上述水淬濾渣進(jìn)行烘干破碎，磨細(xì)，控制粒度(d50)控制為120um(5)加入到酸性調(diào)整液中，由蒸餾水、鹽酸(30％)以及返回浸出液組成的復(fù)合溶液，酸性調(diào)整液H+濃度為1.5mol/l，浸出液固比8，溫度75℃。
(6)浸出完畢對浸出液過濾，濾液返回40％，濾渣進(jìn)行洗滌，烘干，為赤泥中提取的鈦渣，氧化鈦含量68％。
實(shí)施例2本發(fā)明所述的赤泥提取鈦渣的方法，步驟如下(1)選擇赤泥的成分為全鐵質(zhì)量含量10％，TiO2質(zhì)量含量10％。充分洗滌后烘干破碎，粒度(d50)為90um。還原劑為石墨，加入量為理論配碳量的1.2倍?？刂?0％的粒度(d50)控制優(yōu)選為120um，20％的粒度為1-3mm的顆粒石墨。赤泥與石墨粉量的70％混合后，成球狀備用.
(2)同實(shí)施例1，不同的是先爐底加入10％石墨粉，保持冶煉狀態(tài)到赤泥料熔化完畢，然后再加入剩余20％的石墨粉進(jìn)行深度熔煉造渣。
(3)同實(shí)施例1。
(4)同實(shí)施例1，所不同的是控制粒度(d50)控制為100um。
(5)同實(shí)施例1，所不同的是酸性調(diào)整液H+濃度為4mol/l，浸出液固比10，溫度95℃。
(6)浸出完畢對浸出液過濾，濾液返回60％，濾渣進(jìn)行洗滌，烘干，為赤泥中提取的鈦渣，氧化鈦含量46％。
實(shí)施例3本發(fā)明所述的赤泥提取鈦渣的方法，步驟如下(1)選擇赤泥的成分為全鐵質(zhì)量含量28％，TiO2質(zhì)量含量29％。充分洗滌后烘干破碎，粒度(d50)為70um。還原劑為焦炭，加入量為理論配碳量的1.1倍?？刂?0％的粒度(d50)控制優(yōu)選為140um，30％的粒度為1-3mm的顆粒焦炭。赤泥與焦炭粉量的70％混合后，成球狀備用.
(2)同實(shí)施例1，不同的是先爐底加入13％焦炭粉，保持冶煉狀態(tài)到赤泥料熔化完畢，然后再加入剩余17％的焦炭粉進(jìn)行深度熔煉造渣。
(3)同實(shí)施例1。
(4)同實(shí)施例1，所不同的是控制粒度(d50)控制為130um。
(5)同實(shí)施例1，所不同的是酸性調(diào)整液H+濃度為0.5mol/l，浸出液固比4，溫度55℃。
(6)浸出完畢對浸出液過濾，濾液返回30％，濾渣進(jìn)行洗滌，烘干，為赤泥中提取的鈦渣，氧化鈦含量79％。
實(shí)施例4本發(fā)明所述的赤泥提取鈦渣的方法，步驟如下(1)選擇赤泥的成分為全鐵質(zhì)量含量35％，TiO2質(zhì)量含量32％。充分洗滌后烘干破碎，粒度(d50)為70um。還原劑為焦炭，加入量為理論配碳量的1.2倍。控制70％的粒度(d50)控制優(yōu)選為140um，30％的粒度為1-3mm的顆粒焦炭。赤泥與焦炭粉量的70％混合后，成球狀備用.
(2)同實(shí)施例1，不同的是先爐底加入11％焦炭粉，保持冶煉狀態(tài)到赤泥料熔化完畢，然后再加入剩余19％的焦炭粉進(jìn)行深度熔煉造渣。
(3)同實(shí)施例1。
(4)同實(shí)施例1，所不同的是控制粒度(d50)控制為100um。
(5)同實(shí)施例1，所不同的是酸性調(diào)整液H+濃度為3mol/l，浸出液固比4，溫度55℃。
(6)浸出完畢對浸出液過濾，濾液返回30％，濾渣進(jìn)行洗滌，烘干，為赤泥中提取的鈦渣，氧化鈦含量76％。
權(quán)利要求
1.一種赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于步驟如下(1)在預(yù)處理的赤泥中加入還原劑配料；(2)將配料加入到熔煉爐中熔煉除鐵；(3)對熔融渣進(jìn)行水淬，溶出部分硅、鋁、鈉元素；(4)對水淬渣進(jìn)行粉碎處理；(5)將水淬渣加入到酸性調(diào)整液中，溶出剩余的鈉、鈣、鎂、鋁、鐵元素，將溶出渣進(jìn)行烘干為鈦渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于赤泥中全鐵質(zhì)量含量大于10％，TiO2質(zhì)量含量大于10％，充分洗滌后烘干破碎，粒度控制d50＝20-100um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于還原劑為碳粉，加入量為理論配碳量的1.1-1.2倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于70-80％質(zhì)量碳粉為細(xì)碳粉，d50＝20-200um，20-30％質(zhì)量碳粉為碳粒，粒度為1-3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于赤泥與細(xì)碳粉質(zhì)量的70％混合后，擠壓成塊狀備用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于熔煉爐為底部重新開一個(gè)出渣嘴的三電極煉鋼電弧爐，采用埋弧熔煉的方式熔煉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于熔煉條件為先在爐底加入質(zhì)量10-15％細(xì)碳粉量，然后加入赤泥配碳料與顆粒碳粒的混合料，開啟電弧爐，控制的極心圓功率密度1200-1800A/m2，二次電流與二次電壓的比應(yīng)大于260，保持冶煉狀態(tài)到赤泥料熔化完畢，然后再加入剩余的細(xì)碳粉進(jìn)行深度熔煉造渣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于水淬溶液為氧化鋁流程中的碳酸化分解鋁酸鈉溶液所得到的碳分母液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于水淬渣進(jìn)行烘干后粉碎，粉碎磨細(xì)，控制d50＝10-300um。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的赤泥提取鈦渣工藝，其特征在于酸性調(diào)整液是由蒸餾水、濃度30％的鹽酸和返回浸出液組成的復(fù)合溶液，控制酸液H+濃度為0.2-8mol/L，浸出液固比4-15∶1，溫度30-95℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種赤泥提取鈦渣工藝，為堿法生產(chǎn)氧化鋁流程中廢棄物的處理辦法，屬于輕金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域，步驟如下(1)在預(yù)處理的赤泥中加入還原劑配料；(2)將配料加入到熔煉爐中熔煉除鐵；(3)對熔融渣進(jìn)行水淬，溶出部分硅、鋁、鈉元素；(4)對水淬渣進(jìn)行粉碎處理；(5)將水淬渣加入到酸性調(diào)整液中，溶出剩余的鈉、鈣、鎂、鋁、鐵元素，將溶出渣進(jìn)行烘干為鈦渣。變廢為寶，降低生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境。
文檔編號C22B34/12GK101054628SQ20071001576
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者高建陽 申請人:山東鋁業(yè)股份有限公司