專利名稱：含鈦高爐渣的綜合利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鈦高爐渣的綜合利用方法，屬于化學(xué)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦在自然界分布很廣，約占地殼總重量的0.61%。我國四川攀枝花地區(qū)蘊(yùn)藏有豐富的鈦礦床，是我國鈦資源的重要產(chǎn)地。鈦金屬主要用于航空工業(yè)，其特點(diǎn)是硬度大、質(zhì)量輕、耐熱、抗腐蝕?；瘜W(xué)性質(zhì)不太活撥，化合價(jià)主要有二、三、四價(jià)，其中四價(jià)鈦?zhàn)顬榉€(wěn)定，代表性氧化物是二氧化鈦(TiO2)，系白色難溶物，且具有顯著的兩性性質(zhì)。含鈦高爐渣主要來源于四川攀枝花釩鈦磁鐵礦，該鐵礦經(jīng)選礦、冶煉后，約50%的鈦進(jìn)入高爐冶煉渣中，形成含鈦量約20%的含鈦高爐渣。既不能作為富鈦礦售出(工業(yè)使用要求達(dá)到TiA彡35% )，又不能作為水泥添加劑售出(建渣要求TiA ( )，從而形成固體工業(yè)廢物大量堆積露天場所。隨著攀枝花釩鈦磁鐵礦的不斷開采，這類高爐渣已累計(jì)達(dá)到8000多萬噸，并以每年2 300萬噸速度在不斷增加。為解決這類礦渣的污染和資源綜合利用，生產(chǎn)企業(yè)和科研院所都進(jìn)行了大量的研究，主要成果集中在⑴用作建筑材料，如生產(chǎn)礦渣水泥、混凝土、瓷磚、微晶玻璃等，這類技術(shù)雖然可以大量消耗含鈦高爐渣， 但由于含鈦量太高，產(chǎn)品質(zhì)量難于達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，且由于當(dāng)?shù)厥袌鋈萘啃?，外運(yùn)成本高等因素，嚴(yán)重制約了這類礦渣處理技術(shù)的推廣應(yīng)用；( 制取含鈦合金，如硅熱法冶煉生產(chǎn)硅鈦含金，熔融電解法制備硅鈦鋁含金，這類技術(shù)處理高爐渣量有限，則耗電量大，生產(chǎn)成本高， 難以獲得經(jīng)濟(jì)效益；C3)濕法冶金制取鈦化物，如采用硫酸法制取鈦白粉，用硫酸法提取含鈦高爐渣中的鋁、鈦、鈧，用硫酸銨脫硫法制取氧化鋁，酸解液脫鋁后制取人造金紅石等，這類工藝工藝路線復(fù)雜，產(chǎn)品單一，無經(jīng)濟(jì)效益可言，且生產(chǎn)中大量使用酸和氯氣，帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。由上可見，目前的含鈦高爐渣處理技術(shù)普遍存在著經(jīng)濟(jì)效益差的問題。目前使用濕法冶金工藝處理含鈦高爐渣通常都是硫酸法。該法硫酸用量很大，約為高爐渣中含鈦量的5倍，并由此引發(fā)許多問題1.硫酸耗量太大，生產(chǎn)成本過高，消耗與產(chǎn)出不能平衡，無經(jīng)濟(jì)效益可言；2.鈦的浸出率偏低(約80%)，是處理后的高爐渣仍含有較高的鈦，不能用作水泥生產(chǎn)原料，造成大量固體廢物的堆積；3.由于含鈦高爐渣中含鈣量高，硫酸浸渣后產(chǎn)生大量硫酸鈣副產(chǎn)品，無工業(yè)利用價(jià)值，并形成固體廢物的二次污染； 4.硫酸浸取高爐渣時(shí)，將產(chǎn)生大量的甲烷和硫化氫毒氣，危害操作人員的身體健康，污染周邊環(huán)境；5.大量高濃度硫酸的使用對處理設(shè)備要求高，投資大。為此，我們研發(fā)了本鹽酸處理工藝，對含鈦高爐渣中主要組分進(jìn)行全面回收，這樣既能實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，又能充分利用添加的各種酸及輔料，實(shí)現(xiàn)零排放的清潔生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了提高含鈦高爐渣的綜合利用價(jià)值，充分利用資源并排除安全隱患和環(huán)境污染。本發(fā)明的技術(shù)方案
本發(fā)明所述含鈦高爐渣的主要化學(xué)成分有1102、5102、010、1%0、全鐵^1203、妝20、 K20、MnO、P2O5。本發(fā)明含鈦高爐渣的綜合利用方法由以下步驟完成a、采用鹽酸浸取含鈦高爐渣，鹽酸的用量按含鈦高爐渣中陽離子含量計(jì)量投入， 鈣、鎂、鋁、鈉、鉀等金屬離子大部分進(jìn)入溶液，反應(yīng)結(jié)束后，浸取液PH在2-3之間，利于用后續(xù)工藝分離、提取氫氧化鋁和氫氧化鎂產(chǎn)品；b、步驟a酸浸后的物料(固液混合物料)加水進(jìn)行水浸取，過濾；水浸取的目的是進(jìn)一步將鈣、鎂、鋁、鈉、鉀等金屬離子進(jìn)入溶液。C、步驟b過濾后的濾餅水洗、干燥得到富鈦產(chǎn)品；d、步驟b過濾后的濾液調(diào)節(jié)pH = 6-7，過濾；e、步驟d過濾后的濾餅洗滌、凈化后得到氫氧化鋁產(chǎn)品；f、步驟d過濾后的濾液調(diào)節(jié)pH彡12，過濾；g、步驟f過濾后的濾餅洗滌煅燒得到氧化鎂產(chǎn)品；h、步驟f過濾后的濾液蒸發(fā)濃縮后過濾；i、步驟h過濾后的濾餅離心甩干得到二氯化鈣產(chǎn)品。上述步驟中，步驟h過濾后的濾液可作為b步驟水浸取用水循環(huán)使用；同時(shí)，步驟 c濾餅水洗后的洗水液可以作為b步驟水浸取用水循環(huán)使用。增浸劑加入時(shí)間在酸浸取或水浸取時(shí)加入可溶性氯化物為增浸劑，增浸劑的加入量為高爐渣的0.8-1. 2% (1%為佳)。試驗(yàn)表明，增浸劑在水浸取時(shí)加入，效果最好。
增浸劑是氯化鈉、氯化鉀等可溶性氯化物，直接使用工業(yè)級產(chǎn)品即可。進(jìn)一步地，步驟a中鹽酸用量為含鈦高爐渣固體的重量與鹽酸液體的體積比S(g) L(mL)l 1.8-2. 2為佳，鹽酸用量過少，影響CaO、MgO等的浸取，鹽酸用量過多，TiO2損失較多。經(jīng)過多次試驗(yàn)表明，鹽酸用量以1 2為最好，此時(shí)浸液中TiO2損失率不到1%，幾乎100%浸取，Al2O3浸取也高達(dá)87%。含鈦高爐渣與鹽酸反應(yīng)劇烈，極短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)即可完成。因此酸解時(shí)間不宜過長， 以酸解時(shí)間10 30min為宜，超過30min，鈦的浸取率會下降，小于lOmin，反應(yīng)不完全，而且鈦的浸取率也下降。步驟b中水浸取的加水量以固液重量體積比(S(g) L(mL))以1 4. 5-5. 5為宜，1 5為最佳。水量過多，不利于后續(xù)鈣、鎂、鋁產(chǎn)品的提取，水量過小，浸取液粘度增大， 不利于固液分離。水浸取時(shí)間以9-12為佳，以IOmin為最佳。超過lOmin，鈦的浸取率會下降，小于 IOmin,反應(yīng)不完全，而且鈦的浸取率也下降。本發(fā)明采用多效分離劑生石灰進(jìn)行分離。步驟d調(diào)節(jié)酸堿度采用生石灰調(diào)節(jié)至pH =6-7。步驟f調(diào)節(jié)酸堿度采用生石灰調(diào)節(jié)至pH至pH彡12。本發(fā)明工藝特點(diǎn)1.處理速度快，酸解15min，水浸lOmin，即可實(shí)現(xiàn)固液分離，因此日處理量大。2.工藝設(shè)計(jì)在常溫常壓下操作，能耗低，安全性能高。3.使用自行研發(fā)的增浸劑，使含鈦高爐渣含鈦量易達(dá)到富鈦渣標(biāo)準(zhǔn)。4.副產(chǎn)品豐富，使含鈦高爐渣所含金屬幾乎得到全部利用。
5.工藝沒有廢渣和廢液的排放，基本達(dá)到污染零排放要求。6.工藝所需設(shè)備簡單，建廠投資小，速度快。


圖1是本發(fā)明含鈦高爐渣的綜合利用工藝流程圖
具體實(shí)施例方式以下采用具體實(shí)施例的方式對本發(fā)明做進(jìn)一步詳述，但不應(yīng)理解為是對本發(fā)明的限制。以下實(shí)施例所采用的含鈦高爐渣經(jīng)化學(xué)全分析及X-熒光光譜分析，含鈦高爐渣的化學(xué)成分見表1。表1含鈦高爐渣的主要化學(xué)成分
化學(xué)成分 TiO2 SiO2 CaO MgO 全鐵 Al2O3 Na2O K2O MnO P2O5 含量(％) 20.24 25.49 24.98 7.51 3.60 17.36 0.62 0.54 0.41 0.21由表1可見，含鈦高爐渣中主要有價(jià)金屬是鈦、鋁、鎂、鈣，實(shí)施綜合利用的意義很大；分布最大的氧化鈣，若能生產(chǎn)二氯化鈣最好，易售、價(jià)高；其次二氧化鈦可考慮在低成本條件下將其富集至35%，以富鈦礦售出進(jìn)行鈦產(chǎn)品的再生產(chǎn)；三氧化二鋁的含量大于 10%，可通過固液分離后簡單調(diào)節(jié)酸堿度獲得氫氧化鋁；氧化鎂的含量7. 51%，也具有綜合利用價(jià)值，可通過提鋁后的母液繼續(xù)調(diào)節(jié)酸堿度獲得氫氧化鎂沉淀，再經(jīng)煅燒獲得輕質(zhì)氧化鎂，最后剩余的母液主要含二氯化鈣，經(jīng)蒸發(fā)濃縮得到工業(yè)級產(chǎn)品。整個(gè)工藝路線如圖 1。1、酸解時(shí)間的篩選酸解是為了有效分解含鈦高爐渣中的鹽進(jìn)入溶液，同時(shí)盡量使鈦保留在含鈦高爐渣中，達(dá)到分離富集的目的。根據(jù)金屬活潑性的順序，鹽酸應(yīng)率先分解氧化鎂。其次是氧化鈣和氧化鋁，最后是氧化鈦。酸解時(shí)間不易過長，否則鈦損失量極大。為此進(jìn)行了酸解不同時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，分別測試了酸解液中鈦、鈣、鎂、鋁的含量，結(jié)果見表2。表2酸解時(shí)間對照表
權(quán)利要求
1.含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于由以下步驟完成a、酸浸采用鹽酸浸取含鈦高爐渣；b、水浸步驟a酸浸后的物料加水進(jìn)行水浸取，過濾；c、濾餅1處理步驟b過濾后的濾餅1水洗、干燥得到富鈦產(chǎn)品；d、濾液1處理步驟b過濾后的濾液1調(diào)節(jié)pH= 6-7，過濾；e、濾餅2處理步驟d過濾后的濾餅2洗滌、凈化后得到氫氧化鋁產(chǎn)品；f、濾液2處理步驟d過濾后的濾液2調(diào)節(jié)pH^ 12，過濾；g、濾餅3處理步驟f過濾后的濾餅3洗滌煅燒得到氧化鎂產(chǎn)品；h、濾液3處理步驟f過濾后的濾液3蒸發(fā)濃縮后過濾；i、濾餅4處理步驟h過濾后的濾餅4離心甩干得到二氯化鈣產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于在酸浸取或水浸取時(shí)加入可溶性氯化物為增浸劑，增浸劑的加入量為高爐渣的0. 8-1. 2% (1%為佳)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于增浸劑在水浸取時(shí)加入。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于所述增浸劑是氯化鈉、氯化鉀中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于步驟a 中鹽酸用量為含鈦高爐渣固體的重量與鹽酸液體的體積比S(g) L(mL) =1 1.8-2. 2，優(yōu)選 1 2 ；酸浸時(shí)間10 30min，優(yōu)選 15min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于步驟b中水浸取的加水量以固液重量體積比S(g) L(mL)=l 4. 5-5. 5，優(yōu)選1 5; 水浸取時(shí)間以9-12，優(yōu)選lOmin。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于步驟d 調(diào)節(jié)酸堿度采用生石灰調(diào)節(jié)至PH = 6-7。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于步驟f 調(diào)節(jié)酸堿度采用生石灰調(diào)節(jié)至pH至pH彡12。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于步驟h 過濾后得到的濾液4作為b步驟水浸取用水。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的含鈦高爐渣的綜合利用方法，其特征在于步驟c 濾餅1水洗得到的洗液作為b步驟水浸取用水。
全文摘要
本發(fā)明涉及含鈦高爐渣的綜合利用方法，屬于化學(xué)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的在于為了提高含鈦高爐渣的綜合利用價(jià)值，充分利用資源并排除安全隱患和環(huán)境污染。本發(fā)明由以下步驟完成a酸浸；b步驟a酸浸后的物料加水進(jìn)行水浸取，過濾；c步驟b過濾后的濾餅1水洗、干燥得到富鈦產(chǎn)品；d步驟b過濾后的濾液1調(diào)節(jié)pH＝6-7，過濾；e步驟d過濾后的濾餅2洗滌、凈化后得到氫氧化鋁產(chǎn)品；f步驟d過濾后的濾液2調(diào)節(jié)pH≥12，過濾；g步驟f過濾后的濾餅3洗滌煅燒得到氧化鎂產(chǎn)品；h步驟f過濾后的濾液3蒸發(fā)濃縮后過濾；i步驟h過濾后的濾餅4離心甩干得到二氯化鈣產(chǎn)品。采用本發(fā)明方法處理速度快、副產(chǎn)品豐富，使含鈦高爐渣所含金屬全部得到利用。
文檔編號C22B34/12GK102312102SQ20101021635
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者蘇慶平, 龍小玲 申請人:成都理工大學(xué)