CN100345915C - 用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法,其工艺步骤为:水淬,即将熔融状态的含钛高炉渣用水冷却;研磨,即将水淬后的含钛高炉渣磨呈细颗粒;一段浸出,即将水淬含钛高炉渣用硫酸浸泡,压力为常压,温度60-90℃,硫酸的质量浓度为5-35%,硫酸用量为理论量的0.6-1.0倍;二段磨浸,即将一段浸出所获浸渣采用边研磨边浸出的方式进行酸分解,压力为常压,温度为50-100℃,硫酸质量浓度为30-65%,酸用量为理论量的1.0-1.5倍;制取颜料级钛白粉,即将二段磨浸的浸出液水解,经过滤、洗涤、煅烧和表面处理获颜料级钛白粉;制取粗钛白,即将一段浸出的浸出液水解,经过滤、洗涤、煅烧即获粗钛白。
Description
技术领域
本发明属于炼铁所产生的含钛高炉渣的处理领域,特别涉及一种用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法。
背景技术
炼铁必然产生大量高炉渣,尤其是我国攀枝花地区含钛高炉渣目前已堆积如山,超过5000万吨,不仅浪费了宝贵的钛资源,还污染了环境。该渣中含TiO2 20-26%,CaO20-27%,SiO2 17-25%,Al2O3 10-16%,MgO 5-10%,钛主要以钛透辉石和钙钛矿两种物相存在。将该渣用作水泥原料,因钛含量高,使水泥强度降低;采用火法冶金或选矿的方法从含钛高炉渣中分离钛,因能耗高、分离效率不高、流程长等方面的原因难以工业化;采用现有的湿法工艺制取钛白的方法均借鉴由钛铁矿或高钛渣生产钛白的硫酸法工艺,其提取钛的过程主要包含了高炉渣的硫酸分解、熟化及浸取等三个工序,流程长,且所得钛液中含有大量的Al、Mg等杂质,经水解、煅烧后的产品中杂质含量高。
申请号为86108511的中国专利申请公开了一种用含钛炼铁高炉渣制取钛白粉的方法,该方法所制取的产品钛白的质量仅能达到市场容量很小、用于焊条、搪瓷和冶金行业的非颜料级。另外,该方法采用浓度为10-96%的硫酸提取钛,但当酸浓度≤70%时,由于受沸点限制,难以在其所述的160-280℃下熟化,除非将其中大量的水分蒸发,因此能耗高;若在较高浓度(比如>70%)下分解,则又不能消化水解产生的低浓度废酸,酸耗势必增加。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种低酸耗的用含钛高炉渣制取颜料级钛白及粗钛白的方法。
实现本发明目的所采取的技术方案:1、将熔融状态的含钛高炉渣(出炉时的含钛炼铁高炉渣)进行水淬(用水快速冷却),水淬后的高炉渣处于非晶态甚至无定形状态(其X射线衍射谱图见附图2),与自然冷却的含钛高炉渣相比,水淬渣的酸解行为发生了很大的改变,大约有85%的钛在较低的硫酸浓度和较低温度下即可快速浸出;2、采用一段浸出(选择性浸出)除杂,为制取颜料级钛白粉提供杂质含量低的原料——浸渣,同时控制一段浸出工序的钛浸出率,使含杂质较高的浸出液能作为制备粗钛白的原料。3、对一段浸出工序产生的浸渣采用边研磨边浸出的方式进行酸分解,这种机械活化的方法使物料的反应活性显著增强,提高了钛的分解率,解决了渣中剩余15%的钛浸出困难的问题,分解可在较低的硫酸浓度、酸过量系数及反应温度下进行,降低了硫酸消耗。4、将制取颜料级钛白粉时水解工序所产生的废硫酸循环用于一段浸出,这样既不会影响粗钛白的质量,又可显著地降低硫酸的消耗。
本发明所述的用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法,其工艺步骤如下:
1、水淬
水淬是将熔融状态的含钛高炉渣用水冷却至30-60℃;
2、研磨
研磨是将水淬后的含钛高炉渣磨碎,使其呈颗粒状;
3、一段浸出
一段浸出是一种选择性浸出,将研磨后的水淬含钛高炉渣用硫酸浸泡,浸出液中的铝、镁、铁杂质含量大于其在浸渣中的含量,浸出液用于制取粗钛白,浸渣用于制取颜料级钛白粉,一段浸出在常压下进行,温度60-90℃,硫酸的质量浓度为5-35%,硫酸用量为理论量的0.6-1.0倍,时间以炉渣中所含钛的浸出率达40~52%为限;
4、二段磨浸
二段磨浸是将一段浸出所获浸渣采用边研磨边浸出的方式进行酸分解,压力为常压,温度为50-100℃,硫酸质量浓度为30-65%,酸用量为理论量的1.0-1.5倍,时间以原料炉渣中所含钛的浸出率达42~54%为限;
含钛高炉渣经上述两段浸出后,钛的总浸出率达94%以上;
5、制取颜料级钛白粉
将二段磨浸工序的浸出液采用自生晶种法在常压、钛液沸点温度下进行水解,经过滤、洗涤、煅烧和表面处理即获颜料级钛白粉;
6、制取粗钛白
将一段浸出工序的浸出液直接加热在常压、钛液沸点温度下进行水解,经过滤、洗涤、煅烧即获粗钛白。
上述方法中,一段浸出工序所用硫酸可以是清洁硫酸,也可以是废硫酸,从废酸利用和环境保护考虑选用废硫酸,废硫酸既可以是系统外的废硫酸,也可以是制取颜料级钛白粉时水解工序所产生的废硫酸,从工艺流程的整体考虑,主要是制取颜料级钛白粉时水解工序所产生的废硫酸。
上述方法中,水淬工序采用水喷,所用冷却水的温度为10~30℃即可实现快速冷却,使高炉渣处于非晶态。
上述方法中,研磨后的水淬含钛高炉渣的粒径为0.076-0.15mm即可满足后续工序的要求。
上述方法中,二段磨浸工序所获浸出液的成分为TiO2 100-120g/l,MgO 21-25g/l,Al2O3 1.1-1.3g/l,TFe 0.3-0.8g/l,可制得符合中国国标GB1706-93优级品的颜料钛白。
本发明具有以下有益效果:
1、采用本发明所述方法,可制得符合中国国标GB1706-93优级品的颜料钛白,可制得TiO2含量≥90%的粗钛白。
2、本发明所述方法酸耗低,经概算,吨颜料级钛白粉的硫酸消耗为3.8吨左右,吨钛白(粗钛白及颜料级钛白粉的总和)的硫酸消耗为2.1吨;而申请号为8610851.1的中国专利申请所公开的方法,吨非颜料级钛白的硫酸消耗约为5.5吨(按硫酸最低过量系数为理论量的1.1倍、钛的最高回收率为90%计算),以铁铁矿为原料采用硫酸法工艺生产颜料级钛白的硫酸消耗≥4.0吨硫酸/吨钛白。
3、本发明所述方法解决了系统内废酸的问题,并可消化系统外的废硫酸,是一种处理含钛高炉渣的绿色化学方案。
4、一段浸出和二段磨浸的温度低,有利于节约能源。
5、二段磨浸所产生的渣可用于水泥生产,为解决含钛高炉渣的综合利用找到了一条合理途径,特别有利于我国攀枝花及西昌地区的含钛高炉渣的处理和综合利用。
附图说明
图1是申请号为8610851.1的中国专利申请所公开的方法的处理高炉渣的酸分解原则流程图;
图2是本发明所述方法中的水淬含钛高炉渣的XRD图谱,该图表明水淬后的含钛高炉渣为非晶态;
图3是本发明所述用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的工艺流程如图3所示,工艺步骤如下:
1、水淬
将熔融状态的含钛高炉渣用10℃的水喷,快速冷却至30℃,所获水淬含钛高炉渣的XRD图谱如图2所示;
2、研磨
将上述水淬后的含钛高炉渣研磨至0.076~0.10mm,其中各组分含量为TiO2 22.49%,Al2O3 13.69%,MgO 7.08%,SiO2 22.55%,CaO 26.84%,TFe 1.16%;
3、一段浸出
取900克上述研磨后的含钛高炉渣用质量浓度5%的硫酸进行一段浸出,硫酸用量为理论量的1.0倍,在常压、90℃反应60min,原渣中有50.1%TiO2、100%Al2O3及69.1%MgO进入了浸出液;
4、二段磨浸
将上述一段浸出工序所获得的浸渣采用质量浓度40%硫酸进行二段磨浸,硫酸用量为理论量的1.2倍,在常压、50℃浸出120min。含钛高炉渣经上述两段浸出后,钛的总浸出率为94.1%,铝和镁的总浸出率均为100%。所得二段浸出液组成为TiO2 111g/l、Al2O3 1.1g/l、MgO 23g/l及TFe 0.5g/l;
5、制取颜料级钛白粉
将上述二段磨浸工序所获得的浸出液采用常规自生晶种稀释法(见钛白粉的生产与环境治理,唐振宁编,化学工业出版社,2000年,P115-119)进行水解,在钛液沸点温度下保温3.5小时,偏钛酸经过滤、用水洗涤、在900℃下煅烧3小时并采用常规方法(见钛白粉的生产与环境治理,唐振宁编,化学工业出版社,2000年,P187-199)进行表面处理后即成为颜料级钛白粉,所得钛自粉达到GB1706-93颜料钛白优级品的技术指标。
6、制取粗钛白
将上述一段浸出工序所获得的浸出液在常压下采用直接加热煮沸的方法水解,沸腾时间为3小时,偏钛酸经过滤、洗涤并在900℃下煅烧3小时即成为粗钛白,所得粗钛白中各组分含量为TiO2 91.1%、Al2O3 3.1%、MgO 1.8%和TFe 1.5%。
实施例2
本实施例的工艺流程如图3所示,工艺步骤如下:
1、水淬
将熔融状态的含钛高炉渣用30℃的水喷,快速冷却至60℃;
2、研磨
将上述水淬后的含钛高炉渣研磨至0.10~0.15mm,其中各组分含量为TiO2 22.49%,Al2O3 13.69%,MgO 7.08%,SiO2 22.55%,CaO 26.84%,TFe 1.16%;
3、一段浸出
取300克上述研磨后的含钛高炉渣用实例1中制取颜料级钛白粉水解工序产生的质量浓度为19.3%的废硫酸进行一段浸出,硫酸用量为理论量的0.8倍,在常压、70℃反应90min,原渣中有46.6%TiO2、98.9%Al2O3和63.7%MgO进入一段浸出液;
4、二段磨浸
将上述一段浸出工序所获得的浸渣采用质量浓度65%硫酸进行二段磨浸,硫酸用量为理论量的1.0倍,在常压、90℃反应50min。含钛高炉渣经上述两段浸出后,钛的总浸出率为95.6%,铝和镁的总浸出率均为100%。所得二段浸出液组成为TiO2 120g/l、Al2O3 1.3g/l、MgO 25g/l及TFe 0.8g/l;
5、制取颜料级钛白粉
所用方法与实施例1相同,所得钛白粉达到GB1706-93颜料钛白优级品的技术指标;
6、制取粗钛白
所用方法与实施例1相同,所得粗钛白中各组分含量为TiO2 90.8%、Al2O3 2.9%、MgO 1.9%和TFe 1.3%。
实施例3
本实施例的工艺流程如图3所示,工艺步骤如下:
1、水淬
将熔融状态的含钛高炉渣用20℃的水喷,快速冷却至40℃;
2、研磨
将上述水淬后的含钛高炉渣研磨至0.076~0.10mm,其中各组分含量为TiO2 22.49%,Al2O3 13.69%,MgO 7.08%,SiO2 22.55%,CaO 26.84%,TFe 1.16%;
3、一段浸出
取300克上述研磨后的含钛高炉渣用实例2中制取颜料级钛白粉水解工序产生的质量浓度为18.1%的废硫酸进行一段浸出,硫酸用量为理论量的0.8倍,在常压、70℃反应90min,原渣中有46.6%TiO2、98.9%Al2O3和63.7%MgO进入一段浸出液;
4、二段磨浸
将上述一段浸出工序所获得的浸渣采用质量浓度65%硫酸进行二段磨浸,硫酸用量为理论量的1.0倍,在常压、90℃反应50min。含钛高炉渣经上述两段浸出后,钛的总浸出率为94.7%,铝和镁的总浸出率均为100%。所得二段浸出液组成为TiO2 119g/l、Al2O3 1.2g/l、MgO 24g/l及TFe 0.6g/l;
5、制取颜料级钛白粉
所用方法与实施例1相同,所得钛白粉达到GB1706-93颜料钛白优级品的技术指标。
6、制取粗钛白
所用方法与实施例1相同,所得粗钛白中各组分含量为TiO2 90.6%、Al2O3 2.8%、MgO 2.1%和TFe 1.2%。
实施例4
本实施例的工艺流程如图3所示,工艺步骤如下:
1、水淬
将熔融状态的含钛高炉渣用30℃的水喷,快速冷却至50℃;
2、研磨
将上述水淬后的含钛高炉渣研磨至0.10~0.15mm,其中各组分含量为TiO2 22.49%,Al2O3 13.69%,MgO 7.08%,SiO2 22.55%,CaO 26.84%,TFe 1.16%;
3、一段浸出
取200克上述研磨后的含钛高炉渣,将实例1中制取颜料级钛白粉水解工序产生的质量浓度为19.3%的废硫酸浓缩至质量浓度34.3%用于一段浸出,硫酸用量为理论量的0.6倍,在常压、60℃反应100min,原渣中有40.5%TiO2、86.5%Al2O3及57.1%MgO进入了浸出液;
4、二段磨浸
将上述一段浸出工序所获得的浸渣采用质量浓度30%硫酸进行二段磨浸,硫酸用量为理论量的1.5倍,在常压、100℃浸出30min。经上述两段浸出后,钛的总浸出率为94.8%,铝和镁的总浸出率均为100%。所得二段浸出液组成为TiO2 101g/l、Al2O3 1.2g/l、MgO 21g/l及TFe 0.3g/l;
5、制取颜料级钛白粉
所用方法与实施例1相同,所得钛白粉达到GB1706-93颜料钛白优级品的技术指标;
6、制取粗钛白
所用方法与实施例1相同,所得粗钛白中各组分含量为TiO2 91.6%、Al2O3 2.6%、MgO 2.2%和TFe 1.4%。
Claims (5)
1、一种用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法,其特征在于工艺步骤如下:
(1)水淬
水淬是将熔融状态的含钛高炉渣用水快速冷却至30~60℃,使水淬后的高炉渣处于非晶态;
(2)研磨
研磨是将水淬后的含钛高炉渣磨碎,使其呈颗粒状,粒径为0.076-0.15mm;
(3)一段浸出
一段浸出是将研磨后的水淬含钛高炉渣用硫酸浸泡,浸出液中的铝、镁、铁杂质含量大于其在浸渣中的含量,浸出液用于制取粗钛白,浸渣用于制取颜料级钛白粉,一段浸出在常压下进行,温度60-90℃,硫酸的质量浓度为5-35%,硫酸用量为理论量的0.6-1.0倍,时间以炉渣中所含钛的浸出率达40~52%为限;
(4)二段磨浸
二段磨浸是将一段浸出所获浸渣采用边研磨边浸出的方式用硫酸进行酸分解,压力为常压,温度为50-100℃,硫酸质量浓度为30-65%,硫酸用量为理论量的1.0-1.5倍,时间以原料炉渣中所含钛的浸出率达42~54%为限;
(5)制取颜料级钛白粉
将二段磨浸工序的浸出液在常压、钛液沸点温度下进行水解,经过滤、洗涤、煅烧和表面处理即获颜料级钛白粉;
(6)制取粗钛白
将一段浸出工序的浸出液在常压、钛液沸点温度下进行水解,经过滤、洗涤、煅烧即获粗钛白。
2、根据权利要求1所述的用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法,其特征在于一段浸出工序所用硫酸为系统外的废硫酸和制取颜料级钛白粉时水解工序所产生的废硫酸。
3、根据权利要求1或2所述的用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法,其特征在于水淬工序所用冷却水的温度为10~30℃。
4、根据权利要求1或2所述的用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法,其特征在于二段磨浸工序所获浸出液的成分为TiO2 100-120g/l,MgO 21-25g/l,Al2O31.1-1.3g/l,TFe 0.3-0.8g/l。
5、根据权利要求3所述的用含钛高炉渣制取颜料级钛白粉及粗钛白的方法,其特征在于二段磨浸工序所获浸出液的成分为TiO2 100-120g/l,MgO 21-25g/l,Al2O31.1-1.3g/l,TFe 0.3-0.8g/l。
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