專利名稱：一種富集煤矸石中鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種富集煤矸石中鈦的方法，屬于煤系固體廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中國(guó)是一個(gè)以煤炭為主要能源的發(fā)展中國(guó)家，在一次能源消耗中，煤炭占70%以上，所占比重高出世界平均水平的一倍以上，并且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)仍是以煤炭為主。煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進(jìn)過程中的掘進(jìn)矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。其主要成分是Si02、 Al2O3，另外還含有數(shù)量不等的F%03、CaO、MgO, Na2O, K2O, P2O5> SO3和微量稀有元素(鎵、釩、 鈦、鈷)。其排放量相當(dāng)于當(dāng)年煤炭產(chǎn)量的10%左右，目前已累計(jì)堆存45億噸，占地約12萬公頃，是目前我國(guó)排放量最大的工礦業(yè)固體廢棄物之一，給礦區(qū)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重染污。 隨著國(guó)家環(huán)保執(zhí)法力度的不斷加大，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，解決煤矸石污染環(huán)境問題顯得越來越突出，自60年代起，很多國(guó)家開始重視煤矸石的處理和利用。煤矸石中的礦物組成與煤的形成過程、周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦物成份有關(guān)，其中富含硅鋁，是我國(guó)未來最為保貴的鋁資源，灰份中鈦含量在1 4%，大多數(shù)礦中含量< 2%，主要以鈦鐵礦及銳鈦型TW2形式存在，沒有直接開采、利用價(jià)值。一般情況下，鈦在煤矸石中的含量與總鐵含量有關(guān)，當(dāng)煤矸石含鐵高時(shí)，其中的鈦含量亦高。人造晶紅石及晶紅石礦是氯化法生產(chǎn)高級(jí)鈦白粉的主要原料，我國(guó)晶紅石礦儲(chǔ)量有限，品位一般為2%，極少超過5%，平均品位在3. 5%左右。目前，煤矸石最為合理的資源化應(yīng)用是充分回收其熱量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)煤矸石中有價(jià)元素的提取，本發(fā)明正是基于這一理念，在回收煤矸石熱量的同時(shí)，達(dá)到活化煤矸石的目的，通過酸浸、堿溶的工藝提取其中的鋁、硅、鐵，最終鈦以晶紅石T^2富存于堿渣中，其含量視原料中鈦的含量和酸浸、堿溶工藝而異。經(jīng)富集后，殘?jiān)芯Ъt石型TiO2含量最高可達(dá)15%以上，是優(yōu)良的人造晶紅石礦，通過重選后可得鈦精礦。從各種含鈦礦物中富集鈦的方法很多，如專利CN1114364是一種生產(chǎn)富鈦料的方法及其設(shè)備本發(fā)明，其特征在于采用原生鈦鐵礦或風(fēng)化程度低的鈦鐵砂礦，經(jīng)氧化焙燒處理，用1 8 20%的鹽酸，獲得保持原礦粒度的富鈦料；CN1283706是用鈦鐵礦精礦制取富鈦料的方法，將磨細(xì)后的鈦鐵礦配入一定重量百分比的粘結(jié)劑和添加劑造球，球團(tuán)經(jīng)冷固結(jié)球團(tuán)法或預(yù)熱球團(tuán)法固結(jié)后，置于回轉(zhuǎn)窯中于1100 1150°C溫度下直接還原，還原產(chǎn)品經(jīng)磨碎磁選分離，得到富鈦料和鐵粉精礦；CN1746U6是用含鈦高爐渣生產(chǎn)富鈦料工藝方法，以鋼鐵冶煉生產(chǎn)中排放的含鈦高爐渣為原料生產(chǎn)富鈦料的工藝方法，基本工藝是先用電磁波對(duì)含鈦高爐渣實(shí)施輻射，然后用硫酸對(duì)高爐渣中的鈦進(jìn)行選擇性酸解，酸解反應(yīng)經(jīng)固液分離去除固相后，對(duì)液相再次實(shí)施電磁波輻射，輻射結(jié)束后加入水進(jìn)行水解結(jié)晶反應(yīng)， 固液分離得到的固體經(jīng)煅燒即制得成品富鈦料；CN102181669A是高雜質(zhì)鈦鐵礦精礦制取富鈦料的方法，以高雜質(zhì)鈦鐵礦精礦制取富鈦料的方法，其技術(shù)路線為原礦一磁選一鐵精礦一尾礦一浮選一鈦鐵礦精礦一焙燒一磁選一還原熔煉一鈦渣一提純一富鈦料。在現(xiàn)有的專利報(bào)道中，未涉及以煤矸石為原料富集鈦的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是將煤矸石中以銳鈦礦、鈦鐵礦為主的鈦，通過活化、酸浸、堿溶回收灰份中的鋁、硅、鐵，實(shí)現(xiàn)鈦以晶紅石型T^2富集的目的，為高級(jí)鈦白粉生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)原料，能實(shí)現(xiàn)煤矸石有效高附加值綜合利用。本發(fā)明的技術(shù)方案煤矸石經(jīng)破碎、粉磨后按照不同的含鐵量進(jìn)行不同溫度條件下的活化和酸浸，過濾后再進(jìn)行堿溶，最終得到富鈦渣。一種富集煤矸石中鈦的方法，其基本步驟包括如下(如附圖所示)
(ι)選用煤矸石灰份中TiA含量大于iwt%的煤矸石為原料，將其破碎后要求全部通過5mm的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在700 850°C下，煅燒30 60 分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;
(3)用濃度為25 50wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)液固比為3 5 :1，反應(yīng)溫度為95 105°C，反應(yīng)時(shí)間3 5h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為3 4:1配制堿溶反應(yīng)物，堿溶溫度為90 95°C， 反應(yīng)時(shí)間1 3h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣。所述步驟(2)中當(dāng)煤矸石灰份總鐵含量大于8 wt %時(shí)，活化溫度選用700 750°C，鐵以產(chǎn)品形式回收；當(dāng)煤矸石灰份總鐵含量大于等于4 wt %而小于等于8 wt %時(shí)， 活化溫度選用高溫750 800°C (不包含750°C和800°C )，用磁選法除鐵，鐵不作最終產(chǎn)品回收；當(dāng)煤矸石灰份總鐵含量小于4 wt %時(shí)，活化溫度亦選用高溫800 850°C，活化渣直接進(jìn)行酸浸和堿溶。所述步驟(3)中當(dāng)煤矸石灰份總鐵含量大于8 wt %時(shí)，酸浸時(shí)采用高濃度酸性條件(40 50襯％濃度的酸)，將狗轉(zhuǎn)入液相中，然后直接將鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，經(jīng)過步驟(4)中的堿溶富集鈦；當(dāng)煤矸石中活化渣總鐵含量小于4 wt%時(shí)，酸浸時(shí)采用低濃度酸性條件(25 40wt%濃度的酸，不含40wt%和25wt%)，酸浸液用活化渣中和脫鐵并將鈦轉(zhuǎn)入渣相，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能采用活化渣中和脫鐵生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用高濃度酸性反應(yīng)條件(40 50襯％濃度的酸)，最終將多次酸浸循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，經(jīng)步驟(4) 中堿溶后進(jìn)一步富集鈦；當(dāng)煤矸石活化渣總鐵含量大于等于4%而小于等于8%時(shí)，活化渣經(jīng)電磁除鐵后采用低濃度酸浸條件(25 40wt%濃度的酸，不含40wt%)，用活化渣中和游離酸除鐵，將鈦轉(zhuǎn)入脫鐵渣，按照現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用高濃度酸性反應(yīng)條件(40 50襯％濃度的酸)，最終將多次循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，經(jīng)步驟(4)中堿溶后進(jìn)一步富集鈦。所述堿為NaOH溶液，濃度為10 12wt%。本發(fā)明中所述液固比的單位均為L(zhǎng)/g。本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)煤矸石富集鈦的過程從理論上進(jìn)行了深入研究。煤矸石經(jīng)活化后，以粘土質(zhì)形式存在的氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定型結(jié)構(gòu)的氧化鋁，低溫下易分解的鐵鹽轉(zhuǎn)化成氧化鐵及亞鐵，具有良好的反應(yīng)性能，在酸反應(yīng)過程中以硫酸鋁、硫酸鐵(亞鐵)的形式溶出，轉(zhuǎn)入液相中的其它可溶硫酸鹽主要為硫酸鈦、硫酸氧鈦。在活化渣的酸解反應(yīng)過程中，鈦首先形成硫酸鈦，硫酸鈦則自發(fā)分解為硫酸氧鈦，硫酸氧鈦不穩(wěn)定， 在酸濃度高于10%、溫度大于90°C時(shí)，進(jìn)一步水解成偏鈦酸沉淀，最終分解為二氧化鈦；當(dāng)溶液PH值大于0. 5時(shí)，硫酸氧鈦亦發(fā)生水解最終形成二氧化鈦；在游離酸含量小于10%至 PH值大于0. 5時(shí)，鈦則以可溶性硫酸氧鈦形式存在。在用高鐵煤矸石為原料時(shí)，鐵作最終產(chǎn)物回收，為了實(shí)現(xiàn)酸浸反應(yīng)時(shí)鈦轉(zhuǎn)入渣相， 需提供高濃度酸性條件促進(jìn)硫酸鈦鹽的水解；當(dāng)原料為低鐵高鋁硅時(shí)，鐵以雜質(zhì)形式脫除， 生產(chǎn)低鐵硫酸鋁，需采用低濃度酸性條件，讓原料中的鈦保留于溶液中，通過酸浸液的脫鐵過程將鈦轉(zhuǎn)入脫鐵渣中，實(shí)現(xiàn)鈦的累積，隨著脫鐵循環(huán)操作次數(shù)的增加，渣中鐵逐漸增多， 當(dāng)鐵累積到一定數(shù)量不能用于生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，提高酸浸反應(yīng)酸濃度，生產(chǎn)硫酸鋁鐵，多次循環(huán)累積的鈦轉(zhuǎn)入酸浸渣，實(shí)現(xiàn)鈦的最終富集。經(jīng)XRD衍射圖譜分析，酸渣中鈦以晶紅石型存在，而無銳鈦礦型二氧化鈦。晶紅石型二氧化鈦極其穩(wěn)定，不與堿反應(yīng)，因此，通過堿溶反應(yīng)，酸浸渣中非晶態(tài)無定型的氧化硅以水玻璃形式溶出，鈦則進(jìn)一步得到富集。本發(fā)明所用的設(shè)備均為現(xiàn)有的公知設(shè)備。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1.煤矸石活化溫度為700 850°C，能滿足沸騰循環(huán)流化床的操作條件，在工業(yè)化生產(chǎn)中，熱量用于發(fā)電和生產(chǎn)蒸汽，供給系統(tǒng)自用，同時(shí)煤矸石燒渣活性好、無燒結(jié)現(xiàn)象。2.在提取煤矸石中鋁硅鐵的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了鈦富集的目的，鈦?zhàn)罱K以晶紅石形式富集于堿渣中，含量高(含量> 10wt%)，有利于進(jìn)一步加工處理生產(chǎn)鈦精礦。3.可根據(jù)煤矸石原料中鋁、鐵及鈦含量，采取不同的酸浸工藝，實(shí)現(xiàn)活化渣中鈦的 _集。4.與煤矸石酸法生產(chǎn)硫酸鋁及硫酸鋁鐵發(fā)明相比，回收了酸渣中的硅，同時(shí)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了鈦的富集，煤矸石中有價(jià)元素利用合理，能達(dá)到煤矸石高效綜合利用。5.反應(yīng)操作簡(jiǎn)單、條件溫和、過濾洗滌容易。


圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。具體實(shí)施方法
實(shí)施例1 富集煤矸石中鈦的制備方法
(1)選用IOkg的煤矸石，煤矸石灰份中平均氧化硅含量為51.12%、氧化鋁含量為 25. 42%、總鐵含量為12. 35%、氧化鈦含量為5. 23%，將其破碎后要求全部通過5mm的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在70(TC下，煅燒60分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;
(3)用濃度為50wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)液固比為4:1，反應(yīng)溫度為100°C，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣干基657g，經(jīng)分析氧化鈦含量為7. 81% ；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為31配制堿溶反應(yīng)物，堿為NaOH，濃度為llwt%， 堿溶溫度為95°C，反應(yīng)時(shí)間3h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣，富鈦渣折干基323g，經(jīng)分析，堿渣中氧化鈦含量為14. 53%。
實(shí)施例2 富集煤矸石中鈦的制備方法
(1)選用IOkg的煤矸石，煤矸石灰份中平均氧化硅含量為51.12%、氧化鋁含量為 25. 42%、總鐵含量為12. 35%、氧化鈦含量為5. 23%，將其破碎后要求全部通過5mm的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在740°C下，煅燒30分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;
(3)用濃度為45wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)液固比為4:1，反應(yīng)溫度為95°C，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣干基643g，經(jīng)分析氧化鈦含量為7. 97% ；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為31配制堿溶反應(yīng)物，堿為NaOH，濃度為10wt%， 堿溶溫度為95°C，反應(yīng)時(shí)間3h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣，富鈦渣折干基311g，經(jīng)分析，堿渣中氧化鈦含量為15. 67%。實(shí)施例3 富集煤矸石中鈦的制備方法
(1)選用IOkg的煤矸石，煤矸石灰份中平均氧化硅含量為51.12%、氧化鋁含量為 25. 42%、總鐵含量為13. 35%、氧化鈦含量為5. 23%，將其破碎后要求全部通過5mm的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在750°C下，煅燒60分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;
(3)用濃度為40wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)液固比為4:1，反應(yīng)溫度為95°C，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣干基642g，經(jīng)分析氧化鈦含量為8. 12% ；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為31配制堿溶反應(yīng)物，堿為NaOH，濃度為10wt%， 堿溶溫度為95°C，反應(yīng)時(shí)間3h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣，富鈦渣折干基313g，經(jīng)分析，堿渣中氧化鈦含量為14. 67%。實(shí)施例4 富集煤矸石中鈦的制備方法
(1)選用IOkg的煤矸石，煤矸石灰份中平均氧化硅含量為53.25%、氧化鋁含量為 27. 67%、總鐵含量為7. 10%、氧化鈦含量為4. 12%，將其破碎后要求全部通過5mm的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在760°C下，煅燒40分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10% ；
(3)活化渣經(jīng)電磁除鐵后采用濃度為38wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)， 反應(yīng)液固比為3 :1，反應(yīng)溫度為105°C，反應(yīng)時(shí)間3h，用活化渣中和游離酸除鐵，將鈦轉(zhuǎn)入脫鐵渣，按照現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用50襯％濃度的硫酸，最終將多次循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣干基641g，經(jīng)分析氧化鈦含量為6. 20% ；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為3.5 :1配制堿溶反應(yīng)物，堿為NaOH，濃度為12wt%， 堿溶溫度為90°C，反應(yīng)時(shí)間2h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣，富鈦渣折干基307g，經(jīng)分析，堿渣中氧化鈦含量為12. 35%。實(shí)施例5 富集煤矸石中鈦的制備方法
(1)選用IOkg的煤矸石，煤矸石灰份中平均氧化硅含量為53. 33%、氧化鋁含量為28. 17%、總鐵含量為8. 00%、氧化鈦含量為4. 22%，將其破碎后要求全部通過5mm的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在780°C下，煅燒40分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;
(3)活化渣經(jīng)電磁除鐵后采用濃度為25wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)， 反應(yīng)液固比為5 :1，反應(yīng)溫度為105°C，反應(yīng)時(shí)間5h，用活化渣中和游離酸除鐵，將鈦轉(zhuǎn)入脫鐵渣，按照現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用40襯％濃度的硫酸，最終將多次循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣干基641g，經(jīng)分析氧化鈦含量為6. 20% ；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為41配制堿溶反應(yīng)物，堿為NaOH，濃度為12wt%， 堿溶溫度為92°C，反應(yīng)時(shí)間lh，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣，富鈦渣折干基312g，經(jīng)分析，堿渣中氧化鈦含量為11. 34%.實(shí)施例6 富集煤矸石中鈦的制備方法
(1)選用IOkg的煤矸石，煤矸石灰份中平均氧化硅含量為56.33%、氧化鋁含量為 27. 16%、總鐵含量為4. 00%、氧化鈦含量為5. 17%，將其破碎后要求全部通過5mm的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在790°C下，煅燒50分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;
(3)活化渣經(jīng)電磁除鐵后采用濃度為39wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)， 反應(yīng)液固比為4:1，反應(yīng)溫度為105°C，反應(yīng)時(shí)間5h，用活化渣中和游離酸除鐵，將鈦轉(zhuǎn)入脫鐵渣，按照現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用45wt%濃度的硫酸，最終將多次循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣干基631g，經(jīng)分析氧化鈦含量為7. 20% ；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為41配制堿溶反應(yīng)物，堿為NaOH，濃度為12wt%， 堿溶溫度為94°C，反應(yīng)時(shí)間2. 5h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣，富鈦渣折干基312g， 經(jīng)分析，堿渣中氧化鈦含量為13. 65%。實(shí)施例7 富集煤矸石中鈦的制備方法
(1)選用IOkg的煤矸石，煤矸石灰份中平均氧化硅含量為54.57%、氧化鋁含量為 35. 05%、總鐵含量為2. 25%、煤矸石中折氧化鈦含量為1. 06%，將其破碎后要求全部通過5mm 的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在80(TC下，煅燒60分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;
(3)采用濃度為30wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)液固比為5:1，反應(yīng)溫度為105°C，反應(yīng)時(shí)間4h，酸浸液用活化渣中和脫鐵并將鈦轉(zhuǎn)入渣相，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)， 當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能采用活化渣中和脫鐵生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用40wt%濃度的酸， 最終將多次酸浸循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣，得酸浸渣干基1032g，經(jīng)分析氧化鈦含量為9. 52% ；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為31配制堿溶反應(yīng)物，堿為NaOH，濃度為12wt%， 堿溶溫度為95°C，反應(yīng)時(shí)間3h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣，折干基603g，經(jīng)分析，堿渣中氧化鈦含量為15. 76%。實(shí)施例8 富集煤矸石中鈦的制備方法(1)選用IOkg的煤矸石，煤矸石灰份中平均氧化硅含量為54.57%、氧化鋁含量為 35. 05%、總鐵含量為2. 25%、煤矸石中折氧化鈦含量為1. 06%，將其破碎后要求全部通過5mm 的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在820°C下，煅燒40分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;
(3)采用濃度為30wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)液固比為5:1，反應(yīng)溫度為105°C，反應(yīng)時(shí)間4h，酸浸液用活化渣中和脫鐵并將鈦轉(zhuǎn)入渣相，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)， 當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能采用活化渣中和脫鐵生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用40wt%濃度的酸， 最終將多次酸浸循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣，得酸浸渣干基971g，經(jīng)分析氧化鈦含量為9. 11% ；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為31配制堿溶反應(yīng)物，堿為NaOH，濃度為12wt9i)， 堿溶溫度為95°C，反應(yīng)時(shí)間3h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣，折干基611g，經(jīng)分析，堿渣中氧化鈦含量為14. 269L 實(shí)施例9 富集煤矸石中鈦的制備方法
(1)選用IOkg的煤矸石，煤矸石灰份中平均氧化硅含量為54.57%、氧化鋁含量為 35. 05%、總鐵含量為2. 25%、煤矸石中折氧化鈦含量為1. 06%，將其破碎后要求全部通過5mm 的方孔篩；
(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在850°C下，煅燒40分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;
(3)采用濃度為35wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)液固比為5:1，反應(yīng)溫度為105°C，反應(yīng)時(shí)間4h，酸浸液用活化渣中和脫鐵并將鈦轉(zhuǎn)入渣相，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)， 當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能采用活化渣中和脫鐵生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用40wt%濃度的酸， 最終將多次酸浸循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣，得酸浸渣干基1005g，經(jīng)分析氧化鈦含量為9. 01% ；
(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為31配制堿溶反應(yīng)物，堿為NaOH，濃度為12wt%， 堿溶溫度為95°C，反應(yīng)時(shí)間池，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣，折干基609g，經(jīng)分析，堿渣中氧化鈦含量為16. 12%。
權(quán)利要求
1.一種富集煤矸石中鈦的方法，其特征在于具體制備步驟包括如下(ι)選用煤矸石灰份中TiA含量大于iwt%的煤矸石為原料，將其破碎后要求全部通過5mm的方孔篩；(2)對(duì)破碎的煤矸石原料進(jìn)行活化處理，將煤矸石原料在700 850°C下，煅燒30 60 分鐘，然后粉磨至過60目篩篩余量< 10%;(3)用濃度為25 50wt%的硫酸溶液與煤矸石原料進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)液固比為3 5 :1，反應(yīng)溫度為95 105°C，反應(yīng)時(shí)間3 5h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得酸浸渣；(4)按干基酸浸渣與堿液按液固比為3 4:1配制堿溶反應(yīng)物，堿溶溫度為90 95°C， 反應(yīng)時(shí)間1 3h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過濾、洗滌得富鈦渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的富集煤矸石中鈦的方法，其特征在于所述步驟(2)中當(dāng)煤矸石灰份總鐵含量大于8 wt %時(shí)，活化溫度選用700 750°C ；當(dāng)煤矸石灰份總鐵含量大于等于4 wt %而小于等于8 wt %時(shí)，活化溫度選用高溫750 800°C ；當(dāng)煤矸石灰份總鐵含量小于4 wt %時(shí)，活化溫度亦選用高溫800 850°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的富集煤矸石中鈦的方法，其特征在于所述堿為NaOH溶液，濃度為10 12wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的富集煤矸石中鈦的方法，其特征在于所述步驟(3)中當(dāng)煤矸石灰份總鐵含量大于8 wt %時(shí)，酸浸時(shí)采用40 50 wt%濃度的酸，將！^轉(zhuǎn)入液相中， 然后直接將鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，經(jīng)過步驟(4)中的堿溶富集鈦。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的富集煤矸石中鈦的方法，其特征在于當(dāng)煤矸石中活化渣總鐵含量小于4 wt%時(shí)，酸浸時(shí)采用25 40wt%濃度的酸，酸浸液用活化渣中和脫鐵并將鈦轉(zhuǎn)入渣相，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能采用活化渣中和脫鐵生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用40 50wt%濃度的酸，最終將多次酸浸循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，經(jīng)步驟(4)中堿溶后進(jìn)一步富集鈦。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的富集煤矸石中鈦的方法，其特征在于當(dāng)煤矸石活化渣總鐵含量大于等于4%而小于等于8%時(shí)，活化渣經(jīng)電磁除鐵后采用25 40wt%濃度的酸，用活化渣中和游離酸除鐵，將鈦轉(zhuǎn)入脫鐵渣，按照現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)脫鐵渣酸浸反應(yīng)液不能生產(chǎn)低鐵硫酸鋁時(shí)，采用40 50襯％濃度的酸，最終將多次循環(huán)富集的鈦轉(zhuǎn)入酸渣中，經(jīng)步驟(4) 中堿溶后進(jìn)一步富集鈦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種富集煤矸石中鈦的方法，屬于煤系固體廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，本方法是通過煤矸的破碎、粉磨、煅燒、酸浸將煤矸石中鈦以晶紅石形式轉(zhuǎn)入酸浸渣中，再通過堿溶進(jìn)一步富集渣中的鈦，最后獲得殘?jiān)醒趸伜看笥?0%的人造晶紅石型富集礦。這種處理方法可根據(jù)煤矸石中礦物組成選用不同的酸浸條件實(shí)現(xiàn)鈦的富集，能源利用合理、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、無苛刻工藝條件，能實(shí)現(xiàn)煤矸石高效綜合利用。
文檔編號(hào)C22B3/04GK102417978SQ20111041520
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者夏舉佩, 張召述, 秦嶺 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)