專利名稱：一種用電爐鈦渣制取富鈦料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用TiO280~87％鈦渣制取TiO2≥90％富鈦料的工藝方法。
背景技術(shù)：
目前工業(yè)生產(chǎn)鈦白粉的方法有硫酸法和氯化法兩種。其中，硫酸法始于上世紀(jì)20年代，自1923年用來生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉迄今已有60多年的歷史。氯化法是一種較先進(jìn)的方法，出現(xiàn)于上世紀(jì)50年代末，1958年用于生產(chǎn)金紅石型鈦白粉。硫酸法以鈦鐵礦或鈦渣為原料，排出的廢水和廢物多；氯化法一般使用高品位富鈦料，排出的廢水和廢物較少，因而氯化法鈦白生產(chǎn)能力迅速增長，上世紀(jì)90年代以來國外建成的大型鈦白粉廠大多采用氯化法。近年來隨著氯化法鈦白粉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對高品位富鈦料的需求量日益增長。
鈦鐵礦用電爐熔煉法制取的產(chǎn)品為鈦渣，通常把TiO2含量≥90％的產(chǎn)品稱為富鈦料，把TiO2含量＜90％的產(chǎn)品稱為鈦渣。鈦鐵礦用其它方法制取的產(chǎn)品為人造金紅石。高品位富鈦料泛指TiO2含量≥90％的電爐富鈦料和人造金紅石。
針對鈦精礦的品位低(TiO247~49％)，使用大功率電爐只能產(chǎn)出TiO2含量85~87％鈦渣的問題。由于鈦精礦品位低或非鐵雜質(zhì)高，用大功率電爐熔煉出的鈦渣TiO2含量達(dá)不到≥90％的要求，必須采用含TiO2≥90％的人造金紅石配料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，發(fā)明一種將品位較低的電爐鈦渣制成TiO2≥90％的富鈦料，為氯化法生產(chǎn)鈦白粉提供原料，從原料上保證氯化法生產(chǎn)鈦白的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；本發(fā)明工藝可以不需要用人造金紅石配料，從而形成鈦精礦→電爐鈦渣→富鈦料→氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝，從工藝上做到環(huán)境友好、資源利用最大化和與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。
傳統(tǒng)技術(shù)原理電爐還原熔煉的溫度在1500~2000℃之間，用電爐熔煉鈦精礦只能除去鐵，剩余的鐵和其它雜質(zhì)，在鈦渣熔體出爐后的冷卻結(jié)晶過程中，所有雜質(zhì)與部分鈦的氧化物形成黑鈦石固熔體、塔基石固熔體和硅酸鹽玻璃體。鈦渣的物質(zhì)成分非常穩(wěn)定，一般的工藝條件很難分解。在硫酸法工藝中，鈦渣是在高溫、高壓、高酸條件下被酸解，鈦渣的酸解率要求達(dá)94％以上，使TiO2溶解后再水解、沉淀析出，利用雜質(zhì)的可溶性將雜質(zhì)截留在溶液中除去。
本發(fā)明的理念相反，首先用試劑在高溫高壓條件下選擇性破壞鈦渣的固熔體結(jié)構(gòu)，然后讓TiO2基本不溶解而使雜質(zhì)選擇性溶出。
本發(fā)明所用的電爐鈦渣成分范圍為TiO280~87％，Al2O32~8％，SiO22.5~4.5％，F(xiàn)e 1~10％，Mn 0.8~1.0％，MgO 1.3~1.8％，CaO＜0.5％粒度75％≤0.186mm。
本發(fā)明是通過實施以下工藝過程來實現(xiàn)的其制取工藝包括高溫高壓浸出及第一次液固分離工序；中溫常壓浸出及第二次液固分離工序；洗滌及第三次液固分離工序；富鈦料干燥工序；廢液處理工序；所述的高溫高壓浸出及第一次液固分離工序是在溫度120~145℃，壓力0.2~0.4MPa條件下，濃度為30~180g/l的NaOH溶液能取到破壞鈦渣固熔體的作用，這道工序可以溶出部分SiO2，實現(xiàn)液固分離后，鈦渣的雜質(zhì)含量可以降低2~3％；所述的中溫常壓浸出及第二次液固分離工序是在溫度70~90℃，對固熔體結(jié)構(gòu)遭到破壞的鈦渣用濃度為20~100g/l的H2SO4溶液浸出，硫酸的用量和其它浸出條件取到選擇性溶出雜質(zhì)并限制TiO2少溶出的作用，實現(xiàn)液固分離后，鈦渣的TiO2含量達(dá)到~90％；所述的洗滌及第三次液固分離工序是用熱水?dāng)嚢柘闯龀亟鰹V渣中的殘酸，實現(xiàn)液固分離后，鈦渣的TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％；所述的富鈦料干燥工序是洗滌后鈦渣含水分~11％，使用高溫廢氣干燥降鈦渣的游離水，干燥結(jié)束，得到TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％、水份≤2％的鈦渣；所述的廢液處理是將高溫高壓浸出及第一次液固分離工序中的濾液循環(huán)使用，降低NaOH的消耗，當(dāng)濾液SiO2濃度達(dá)到22-26g/l時，要從流程中開路出來，作為廢液處理；中溫浸出濾液一次性排出，作為廢液用常規(guī)工藝處理。
添加的試劑是NaOH或者是H2SO4。試劑NaOH溶液的濃度為35~180g/l；試劑H2SO4溶液的濃度為20~100g/l。
高溫高壓浸出的溫度最好是120~140℃；壓力最好是0.2~0.4MPa。
中溫常壓浸出及第二次液固分離工序中的溫度最好控制在80℃左右。
廢液處理過程中當(dāng)濾液SiO2濃度達(dá)到23-24g/l時，濾液須從流程中開路出來，作為廢液處理。
制取的富鈦料的成分為TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％。
本發(fā)明利用TiO280~87％鈦渣制取TiO2≥90％富鈦料的工藝方法，其具有流程短、能耗和水耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，工藝過程所產(chǎn)生的廢物和廢水量少，廢水中主要僅含硅、鋁、鐵、鎂、錳等無機(jī)化合物，稍加處理就可達(dá)標(biāo)排放，對環(huán)境影響小。廢液處理工藝簡單有效屬，處理后廢水符合排放標(biāo)準(zhǔn)，處理廢水產(chǎn)生的二次廢渣符合堆放標(biāo)準(zhǔn)。


圖1是發(fā)明一種用電爐鈦渣制富鈦料的工藝方法的工藝流程示意圖。
實現(xiàn)該發(fā)明的工藝流程的主要設(shè)備為高壓反應(yīng)釜及附屬配套設(shè)施，固液分離設(shè)備，機(jī)械攪拌槽，沉降槽，各種規(guī)格的泵、貯槽，干燥窯等。
具體實施例方式本發(fā)明的生產(chǎn)過程詳述高溫高壓浸出及第一次液固分離，將NaOH溶液與電爐鈦渣在漿化槽1攪拌混合后連續(xù)泵入高壓反應(yīng)釜內(nèi)，高壓反應(yīng)釜用蒸汽夾套供熱，內(nèi)設(shè)攪拌器攪拌2h，物料在高溫高壓條件下浸出，經(jīng)過浸出后從高壓反應(yīng)釜連續(xù)排出，用泵連續(xù)泵入半自動壓榨機(jī)進(jìn)行第一次固液分離，得到的濾液返到鈦渣混合槽再循環(huán)使用，濾渣卸入漿化槽1。
中溫浸出及第二次液固分離，將H2SO4溶液與高溫高壓浸出濾渣在漿化槽2攪拌混合后泵入機(jī)械攪拌槽1內(nèi)，機(jī)械攪拌槽用蒸汽直接供熱，在常壓和較高溫度攪拌下浸出，浸出之后，用泵泵入半自動壓榨機(jī)進(jìn)行第二次固液分離，得到的濾液泵送廢水處理，濾渣卸入漿化槽3。
洗滌及第三次液固分離工藝，常溫浸出濾渣和熱水在漿化槽3攪拌混合后泵入機(jī)械攪拌槽2內(nèi)洗滌，洗滌結(jié)束，用泵泵入半自動壓榨機(jī)進(jìn)行第三次固液分離，過濾后洗水返到常溫浸出用于配制試劑2溶液，濾渣集中處理。
富鈦料干燥工藝，干燥窯以氯化法工藝過程的高溫廢氣為熱源，高溫廢氣從窯頭進(jìn)入與濕渣作逆向運(yùn)動，然后從窯尾經(jīng)過收塵后排空。洗滌壓濾渣用機(jī)械裝卸到干燥窯的進(jìn)料口，用螺旋從窯尾連續(xù)輸入干燥窯，從窯頭連續(xù)排出干燥渣，全部工藝到此結(jié)束。
廢液處理工藝，將高溫高壓經(jīng)多次循環(huán)后的廢液和常溫浸出濾液統(tǒng)一泵入廢液處理池，在攪拌下加入試劑并控制廢水終點(diǎn)PH＝7~8，之后進(jìn)入沉清池，合格沉清水外排，濃泥過濾后作為無害渣堆放處置。
實施例1鈦渣若干量，其成分為TiO286.37％，Al2O36.35％，SiO24.54％，F(xiàn)e 2.36％，Mn 0.79％，MgO 1.32％，CaO＜0.05％；第一步，將鈦渣和NaOH濃度120g/l的3倍溶液量投入高壓釜內(nèi)，在壓力0.4MPa溫度~145℃下攪拌反應(yīng)2h；第二步，堿浸過濾渣和硫酸濃度為50g/l的3倍溶液量投入機(jī)械攪拌槽內(nèi)，于90℃下攪拌反應(yīng)2h；第三步，酸浸過濾渣用3倍熱水量攪拌洗滌0.5h；第四步，洗后過濾渣送入干燥窯干燥，對干燥料定時取樣檢驗，最后入庫。
所得富鈦料含量成分為TiO291.15％，Al2O34.98％，SiO22.05％，F(xiàn)e 1.17％，Mn 0.33％，MgO 1.15％，CaO＜0.05％。
實施例2~4取相同鈦渣三份，其成分為TiO286.37％，Al2O36.35％，SiO24.54％，F(xiàn)e 2.36％，Mn 0.79％，MgO 1.32％，CaO＜0.05％；第一步，將鈦渣和NaOH濃度為30g/l，80g/l，180g/l的2倍溶液量投入高壓釜內(nèi)，在壓力0.2MPa溫度~120℃下攪拌反應(yīng)2h；第二步，堿浸過濾渣和H2SO4濃度為25g/l的3倍溶液量投入機(jī)械攪拌槽內(nèi)，于70℃下攪拌反應(yīng)2h；第三步，酸浸過濾渣用3倍熱水量攪拌洗滌0.5h；第四步，洗后過濾渣送入干燥窯干燥，對干燥料定時取樣檢驗，最后入庫。
所得富鈦料的TiO2含量見表1。
表1 相同酸度不同堿度下的富鈦料TiO2含量

實施例5~7取相同鈦渣三份，其成分為TiO286.37％，Al2O36.35％，SiO24.54％，F(xiàn)e 2.36％，Mn 0.79％，MgO1.32％，CaO＜0.05％；第一步，將鈦渣和NaOH濃度分別為85g/l的2倍溶液量投入高壓釜內(nèi)，在壓力0.2MPa溫度~120℃下攪拌反應(yīng)2h；第二步，堿浸過濾渣分別和H2SO4濃度為20g/l，50g/l，100g/l的3倍溶液量投入機(jī)械攪拌槽內(nèi)，于80℃下攪拌反應(yīng)2h；第三步，酸浸過濾渣用3倍熱水量攪拌洗滌0.5h；第四步，洗后過濾渣送入干燥窯干燥，對干燥料定時取樣檢驗，最后入庫。
所得富鈦料的TiO2含量見表2。
表2 相同堿度不同酸度下的富鈦料TiO2含量

實施例8~10取相同鈦渣三份，其成分為TiO286.37％，Al2O36.35％，SiO24.54％，F(xiàn)e 2.36％，Mn 0.79％，MgO1.32％，CaO＜0.05％；第一步，將鈦渣和NaOH濃度為100g/l的2倍溶液量投入高壓釜內(nèi)，在壓力分別為0.2MPa，0.3MPa，0.4MPa，溫度分別為120℃，130℃，140℃的條件下攪拌反應(yīng)2h；第二步，堿浸過濾渣和H2SO4濃度為25g/l的3倍溶液量投入機(jī)械攪拌槽內(nèi)，于70℃、80℃、90℃溫度下攪拌反應(yīng)2h；第三步，酸浸過濾渣用3倍熱水量攪拌洗滌0.5h；第四步，洗后過濾渣送入干燥窯干燥，對干燥料定時取樣檢驗，最后入庫。
所得富鈦料的TiO2含量見表3。
表3 不同溫度、壓力下富鈦料TiO2含量

本發(fā)明工藝生產(chǎn)的富鈦料成分符合氯化法鈦白生產(chǎn)對原料的要求TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％。
權(quán)利要求
1一種用電爐鈦渣制富鈦料的工藝方法，其特征在于所使用的原料為電爐鈦渣，其成分為TiO280~87％，Al2O32~8％，SiO22.5~4.5％，F(xiàn)e 1~10％，Mn 0.8~1.0％，MgO 1.3~1.8％，CaO＜0.5％，粒度75％≤0.186mm，其制取工藝包括高溫高壓浸出及第一次液固分離工序；中溫常壓浸出及第二次液固分離工序；洗滌及第三次液固分離工序；富鈦料干燥工序；廢液處理工序；所述的高溫高壓浸出及第一次液固分離工序是在溫度120~145℃，壓力0.2~0.4MPa條件下，濃度為30~180g/l的NaOH溶液能取到破壞鈦渣固熔體的作用，這道工序可以溶出部分SiO2，實現(xiàn)液固分離后，鈦渣的雜質(zhì)含量可以降低2~3％；所述的中溫常壓浸出及第二次液固分離工序是在溫度70~90℃，對固熔體結(jié)構(gòu)遭到破壞的鈦渣用濃度為20~100g/l的H2SO4溶液浸出，硫酸的用量和其它浸出條件取到選擇性溶出雜質(zhì)并限制TiO2少溶出的作用，實現(xiàn)液固分離后，鈦渣的TiO2含量達(dá)到~90％；所述的洗滌及第三次液固分離工序是用熱水?dāng)嚢柘闯龀亟鰹V渣中的殘酸，實現(xiàn)液固分離后，鈦渣的TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％；所述的富鈦料干燥工序是洗滌后富鈦料含水分~11％，使用高溫廢氣干燥，降低游離水，干燥結(jié)束，得到TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％、水份≤2％的產(chǎn)品；所述的廢液處理是把高溫高壓浸出及第一次液固分離工序中的濾液循環(huán)使用，降低NaOH的消耗，當(dāng)濾液SiO2濃度達(dá)到22-26g/l時，要從流程中開路出來，作為廢液處理；中溫浸出濾液一次性排出，作為廢液用常規(guī)工藝處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用電爐鈦渣制富鈦料的工藝方法，其特征在于添加的試劑是NaOH、H2SO4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用電爐鈦渣制富鈦料的工藝方法，其特征在于試劑NaOH溶液的濃度為35~180g/l；試劑H2SO4溶液的濃度為20~100g/l。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用電爐鈦渣制富鈦料的工藝方法，其特征在于高溫高壓浸出的溫度最好是120~140℃；壓力最好是0.2~0.4MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用電爐鈦渣制富鈦料的工藝方法，其特征在于廢液處理過程中當(dāng)濾液SiO2濃度達(dá)到23g/l時，濾液須從流程中開路出來，作為廢液處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用電爐鈦渣制富鈦料的工藝方法，其特征在于中溫常壓浸出及第二次液固分離工序中的溫度最好為80℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用電爐鈦渣制富鈦料的工藝方法，其特征在于制取的富鈦料的成分為TiO2≥90％、MgO+CaO＜2.0％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用電爐鈦渣制取富鈦料的工藝方法，則利用TiO
文檔編號C22B3/08GK1793391SQ20051004875
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者雷霆, 米家蓉, 張玉林, 馬翔, 楊艷華, 周林 申請人:云南冶金集團(tuán)總公司技術(shù)中心