CN101054628A - 赤泥提取钛渣工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种赤泥提取钛渣工艺，为碱法生产氧化铝流程中废弃物的处理办法，属于轻金属冶金技术领域，步骤如下：(1)在预处理的赤泥中加入还原剂配料；(2)将配料加入到熔炼炉中熔炼除铁；(3)对熔融渣进行水淬，溶出部分硅、铝、钠元素；(4)对水淬渣进行粉碎处理；(5)将水淬渣加入到酸性调整液中，溶出剩余的钠、钙、镁、铝、铁元素，将溶出渣进行烘干为钛渣。变废为宝，降低生产成本，保护环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种赤泥提取钛渣工艺，为碱法生产氧化铝流程中废弃物的处理办法，属于轻金属冶金技术领域。
背景技术
赤泥，是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物，因其为赤红色泥浆状而得名。随着铝工业的不断发展，目前全世界每年产生约6000万吨赤泥，我国的赤泥排放量每年为450万吨以上。世界各国大多数氧化铝厂是将赤泥堆积或倾入深海，赤泥的存放不仅占用大量土地和农田、耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的剩余碱液向地下渗透，造成地下水污染。此外，堆场的赤泥形成的粉尘到处飞扬，破环生态环境，造成严重污染。在土地资源日趋紧张、环境保护日趋重要的当今社会，赤泥的综合治理已成为人们所关注的焦点之一。
赤泥依氧化铝生产方法的不同，可分为烧结法、拜耳法和联合法赤泥三种，拜耳法生产处理的是一水软铝石型和三水铝石型铝土矿，采用强碱NaOH溶出高铝、高铁铝土矿，产生的赤泥中氧化铝、氧化铁、碱含量高。烧结法和联合法处理的是难溶的高硅、低铁、一水硬铝石型、高岭石型铝土矿，产生的赤泥CaO含量高，碱和铁含量较低。我国主要是以一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的烧结法、联合法赤泥，其主要成分为硅酸二钙及其水合物：国外则以拜耳法为主，拜耳法赤泥的主要成分为赤铁矿、铝硅酸钠水合物、钙霞石等。
在赤泥丰量金属的回收方面，印度Bharat铝业公司利用本公司的拜耳法赤泥回收TiO2，其具体的工艺过程是：将一定量的赤泥于两倍的自来水混合搅拌，借助絮凝剂进行沉降，之后将洗涤过的赤泥与HCl缓慢反应，自至泥浆中和，在90℃-95℃时调整pH值为4。再用絮凝剂沉降，干燥沉降的赤泥，继续在加热的条件下用浓HCl处理，经反应泥浆变为灰色，洗涤使泥浆与溶液分离，此时泥浆内为以SiO2和TiO2为主，再对热的泥浆采用H2SO4法提取氧化钛，这样热的浓硫酸使得二氧化钛转化为它的硫酸盐，之后将所得含有硫酸钛的硫酸溶液进行水解，得到白色的偏钛酸沉淀。使用此法可以容易的回收TiO2，并且回收过程中所用的酸全部再循环，其后得到的废渣亦可用于海绵铁的生产。这个方法的缺点是：
(1)泥中大量的铁、铝、钠、钙、镁、钾等元素全部要参加反应，全部溶解，酸液量大，酸浓度高，酸实现全部再循环的流程更长，处理工艺复杂，污染严重。
(2)铁元素还是要放到最后的酸溶液里提取，再进行海绵铁的生产。
(3)赤泥中所富有的钪、锆、钍、镓等贵重金属也会随着浓酸溶液的处理而得不到有效富集和回收，是很不经济的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种赤泥提取钛渣工艺，变废为宝，降低生产成本，保护环境。
本发明所述的赤泥提取钛渣工艺，步骤如下：
(1)在预处理的赤泥中加入还原剂配料；
(2)将配料加入到熔炼炉中熔炼除铁；
(3)对熔融渣进行水淬，溶出部分硅、铝、钠元素；
(4)对水淬渣进行粉碎处理；
(5)将水淬渣加入到酸性调整液中，溶出剩余的钠、钙、镁、铝、铁元素，将溶出渣进行烘干为钛渣。
本发明中：
赤泥中全铁质量含量大于10％，TiO2质量含量大于10％，充分洗涤后烘干破碎，粒度控制d50＝20-100um。优选为全铁质量含量大于18％，TiO2质量含量大于18％，洗涤后烘干破碎粒度d50＝20-100um。
还原剂为碳粉，如石墨、焦炭等，加入量为理论配碳量的1.1-1.2倍。70-80％质量碳粉为细碳粉，d50＝20-200um，优选为40-140um，20-30％质量碳粉为碳粒，粒度为1-3mm。
赤泥与细碳粉质量的70％混合后，挤压成块状备用，一般块状或球状等。
熔炼炉为底部重新开一个出渣嘴的三电极炼钢电弧炉，也可为三电极的矿热炉改造而成，采用埋弧熔炼的方式熔炼。
控制的条件为：先炉底加入10-15％细碳粉量，然后加入赤泥配碳料与颗粒碳粒的混合料，开启电弧炉，控制的极心圆功率密度：1200-1800A/m2，二次电流与二次电压的比应大于260，保持冶炼状态到赤泥料熔化完毕，然后再加入剩余的细碳粉进行深度熔炼造渣。
水淬溶液为氧化铝流程中的碳酸化分解铝酸钠溶液所得到的碳分母液，可在出渣口进行水淬，水淬液进行过滤，滤液返回氧化铝厂利用。
水淬渣进行烘干后粉碎，粉碎磨细，控制d50＝10-300um，优选为100-150um。
酸性调整液是由蒸馏水、浓度30％的盐酸和返回浸出液组成的复合溶液，控制酸液H+浓度为0.2-8mol/L，优选0.5-4mol/l，浸出液固比：4-15∶1，温度：30-95℃。
本发明具有以下特点：
(1)生产原料为氧化铝生产流程中废弃物，按照此法利用，延伸了产业链，减少了氧化铝生产环节，降低能耗，降低了氧化铝生产成本。
(2)采用还原钛渣的办法处理赤泥，实现了赤泥中铁元素的综合利用，并实现了有效分离。
(3)技术参数容易控制，铁元素有效利用率可达到94％以上，钛渣中氧化钛含量可达82％。
(4)采用富集钛渣的办法，得到的含钛原料可以进行提取氧化钛、氧化钪的工艺处理，这样通过流程串接的办法，就实现了赤泥丰量金属的综合利用。保护了环境，降低了氧化铝生产成本，提升氧化铝生产能力。
(5)生产成本低，生成物市场容量大，奠定了推广应用基础。
(6)此流程实现了连续化作业，便于进行大型工业化生产。
(7)本发明方法的应用减少因赤泥存放对环境的污染，大大解决环境保护的问题。
(8)使烧结系统大幅度地实现节能和降耗，有利于最大限度地发挥烧结法和拜耳法两大系统的生产能力，优化生产流程。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述的赤泥提取钛渣的方法，步骤如下：
(1)选择赤泥的成分为全铁质量含量20％，TiO2质量含量25％。充分洗涤后烘干破碎，粒度(d50)为：40um。还原剂为石墨，加入量为理论配碳量的1.1倍。控制70％的粒度(d50)控制优选为：80um，30％的粒度为1-3mm的颗粒石墨。赤泥与石墨粉量的70％混合后，挤压成块状备用。
(2)然后加入到开一个出渣嘴的三电极炼钢电弧炉内进行熔炼除铁，先炉底加入15％石墨粉，然后加入赤泥配碳料与颗粒碳粒的混合料，采用埋弧熔炼的方式，控制的极心圆功率密度：1200-1800A/m2波动，二次电流与二次电压的比大于260。保持冶炼状态到赤泥料熔化完毕，然后再加入剩余15％的石墨粉进行深度熔炼造渣。
(3)熔炼完毕后，渣口出渣、铁口出铁，采用烧结法氧化铝流程中的碳酸化分解铝酸钠溶液所得到的碳分母液，对出渣料进行水淬，水淬液进行过滤，滤液返回氧化铝厂，得到部分含有硅、铝、钠的溶液进行回收利用。
(4)对上述水淬滤渣进行烘干破碎，磨细，控制粒度(d50)控制为120um
(5)加入到酸性调整液中，由蒸馏水、盐酸(30％)以及返回浸出液组成的复合溶液，酸性调整液H+浓度为1.5mol/l，浸出液固比：8，温度：75℃。
(6)浸出完毕对浸出液过滤，滤液返回40％，滤渣进行洗涤，烘干，为赤泥中提取的钛渣，氧化钛含量68％。
实施例2
本发明所述的赤泥提取钛渣的方法，步骤如下：
(1)选择赤泥的成分为全铁质量含量10％，TiO2质量含量10％。充分洗涤后烘干破碎，粒度(d50)为：90um。还原剂为石墨，加入量为理论配碳量的1.2倍。控制80％的粒度(d50)控制优选为：120um，20％的粒度为1-3mm的颗粒石墨。赤泥与石墨粉量的70％混合后，成球状备用.
(2)同实施例1，不同的是先炉底加入10％石墨粉，保持冶炼状态到赤泥料熔化完毕，然后再加入剩余20％的石墨粉进行深度熔炼造渣。
(3)同实施例1。
(4)同实施例1，所不同的是控制粒度(d50)控制为100um。
(5)同实施例1，所不同的是酸性调整液H+浓度为4mol/l，浸出液固比：10，温度：95℃。
(6)浸出完毕对浸出液过滤，滤液返回60％，滤渣进行洗涤，烘干，为赤泥中提取的钛渣，氧化钛含量46％。
实施例3
本发明所述的赤泥提取钛渣的方法，步骤如下：
(1)选择赤泥的成分为全铁质量含量28％，TiO2质量含量29％。充分洗涤后烘干破碎，粒度(d50)为：70um。还原剂为焦炭，加入量为理论配碳量的1.1倍。控制70％的粒度(d50)控制优选为：140um，30％的粒度为1-3mm的颗粒焦炭。赤泥与焦炭粉量的70％混合后，成球状备用.
(2)同实施例1，不同的是先炉底加入13％焦炭粉，保持冶炼状态到赤泥料熔化完毕，然后再加入剩余17％的焦炭粉进行深度熔炼造渣。
(3)同实施例1。
(4)同实施例1，所不同的是控制粒度(d50)控制为130um。
(5)同实施例1，所不同的是酸性调整液H+浓度为0.5mol/l，浸出液固比：4，温度：55℃。
(6)浸出完毕对浸出液过滤，滤液返回30％，滤渣进行洗涤，烘干，为赤泥中提取的钛渣，氧化钛含量79％。
实施例4
本发明所述的赤泥提取钛渣的方法，步骤如下：
(1)选择赤泥的成分为全铁质量含量35％，TiO2质量含量32％。充分洗涤后烘干破碎，粒度(d50)为：70um。还原剂为焦炭，加入量为理论配碳量的1.2倍。控制70％的粒度(d50)控制优选为：140um，30％的粒度为1-3mm的颗粒焦炭。赤泥与焦炭粉量的70％混合后，成球状备用.
(2)同实施例1，不同的是先炉底加入11％焦炭粉，保持冶炼状态到赤泥料熔化完毕，然后再加入剩余19％的焦炭粉进行深度熔炼造渣。
(3)同实施例1。
(4)同实施例1，所不同的是控制粒度(d50)控制为100um。
(5)同实施例1，所不同的是酸性调整液H+浓度为3mol/l，浸出液固比：4，温度：55℃。
(6)浸出完毕对浸出液过滤，滤液返回30％，滤渣进行洗涤，烘干，为赤泥中提取的钛渣，氧化钛含量76％。
Claims (10)
1、一种赤泥提取钛渣工艺，其特征在于步骤如下：
(1)在预处理的赤泥中加入还原剂配料；
(2)将配料加入到熔炼炉中熔炼除铁；
(3)对熔融渣进行水淬，溶出部分硅、铝、钠元素；
(4)对水淬渣进行粉碎处理；
(5)将水淬渣加入到酸性调整液中，溶出剩余的钠、钙、镁、铝、铁元素，将溶出渣进行烘干为钛渣。
2、根据权利要求1所述的赤泥提取钛渣工艺，其特征在于赤泥中全铁质量含量大于10％，TiO2质量含量大于10％，充分洗涤后烘干破碎，粒度控制d50＝20-100um。
3、根据权利要求1所述的赤泥提取钛渣工艺，其特征在于还原剂为碳粉，加入量为理论配碳量的1.1-1.2倍。
4、根据权利要求3所述的赤泥提取钛渣工艺，其特征在于70-80％质量碳粉为细碳粉，d50＝20-200um，20-30％质量碳粉为碳粒，粒度为1-3mm。
5、根据权利要求4所述的赤泥提取钛渣工艺，其特征在于赤泥与细碳粉质量的70％混合后，挤压成块状备用。
6、根据权利要求1-5任一权利要求所述的赤泥提取钛渣工艺，其特征在于熔炼炉为底部重新开一个出渣嘴的三电极炼钢电弧炉，采用埋弧熔炼的方式熔炼。
7、根据权利要求6所述的赤泥提取钛渣工艺，其特征在于熔炼条件为：先在炉底加入质量10-15％细碳粉量，然后加入赤泥配碳料与颗粒碳粒的混合料，开启电弧炉，控制的极心圆功率密度：1200-1800A/m2，二次电流与二次电压的比应大于260，保持冶炼状态到赤泥料熔化完毕，然后再加入剩余的细碳粉进行深度熔炼造渣。
8、根据权利要求7所述的赤泥提取钛渣工艺，其特征在于水淬溶液为氧化铝流程中的碳酸化分解铝酸钠溶液所得到的碳分母液。
9、根据权利要求8所述的赤泥提取钛渣工艺，其特征在于水淬渣进行烘干后粉碎，粉碎磨细，控制d50＝10-300um。
10、根据权利要求9所述的赤泥提取钛渣工艺，其特征在于酸性调整液是由蒸馏水、浓度30％的盐酸和返回浸出液组成的复合溶液，控制酸液H+浓度为0.2-8mol/L，浸出液固比：4-15∶1，温度：30-95℃。
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