CN106564945A - 一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法 - Google Patents

一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)筛选原料；(2)酸解反应；(3)过滤酸解溶液；(4)水解反应；(5)过滤水解溶液；(6)回收废酸溶液并制得二氧化钛产品。本发明的步骤简单，便于操作，采用的原料是高炉矿渣，属于废物回收利用，不仅成本低，而且还节能环保；同时，本发明用于酸解反应的H2SO4在完成生产后还能浓缩后回收再次使用，其回收过程简单，回收成本低，因此适合推广运用。

Description

一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法
技术领域
本发明涉及一种提取二氧化钛的方法，具体是指一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法。
背景技术
目前广泛使用的硫酸法生产钛白的过程是使用浓硫酸与研磨后的钛精矿(TiO2含量在46％以下)反应提取钛液，再经过对钛液的蒸发浓缩结晶去除杂质离子(如Fe)，再进行水解后制得二氧化钛。上述提取二氧化钛的方法存在以下几方面的问题：
(1)原料使用的是开采后经过选矿的钛精矿，但铁及其他干扰元素仍然较多，在生产过程中需经过多个设备和步骤的处理，设备成本与能源成本在此环节中消耗较大。
(2)生产时须使用浓度为90％以上的浓硫酸，废硫酸难以利用，其利用成本高。
(3)钛精矿需要在反应前研磨成粉末，粉尘污染严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，以期能简化提取步骤并降低生产成本。
本发明通过下述技术方案实现：
一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，包括以下步骤：
(1)筛选原料
选取粒度小于1mm的高炉矿渣原料；
(2)酸解反应
将选取的原料与H2SO4溶液加入酸解反应罐中，反应1.8～2.2小时；
(3)过滤酸解溶液
将酸解溶液过滤并分离出酸解滤液和滤渣；
(4)水解反应
将酸解滤液加入水解反应罐中，向水解反应罐中加入NaOH溶液，加热反应2.5～3小时；
(5)过滤水解溶液
将水解溶液过滤并分离出水解滤液和固体产物；
(6)回收废酸溶液并制得二氧化钛产品
将水解滤液加入蒸发罐中浓缩并回收蒸馏水，然后过滤并得到废酸溶液副产品和硫酸盐滤渣副产品；洗涤固体产物后干燥再煅烧，得到二氧化钛产品。
进一步的，步骤(2)中原料的反应起始浓度为280～320g/L，H2SO4的反应起始质量浓度为45％～55％。
再进一步的，步骤(2)中原料的反应起始浓度为300g/L，H2SO4的反应起始质量浓度为50％，反应时间2小时。
为了便于使固体颗粒滤渣凝结，以便于过滤，步骤(3)中向酸解溶液中加入絮凝剂后过滤出滤渣，将滤渣干燥后制得石膏副产品。
再进一步的，步骤(4)中PH值为0.36～0.45。
同时，步骤(4)包括以下步骤：
(4-1)预先向水解反应罐中加入底水，并将酸解滤液加入水解反应罐中，然后向水解反应罐中加入NaOH溶液搅拌并加热至沸点，继续搅拌加热并保持微沸25～35分钟，停止搅拌加热并静置25～35分钟；
(4-2)再次搅拌加热至沸点，继续搅拌加热并保持微沸50～70分钟，向水解反应罐中加入稀释水至PH值为0.38～0.42，继续搅拌加热并保持微沸50～70分钟。
为了节约资源并降低成本，步骤(4-1)中加入的底水和步骤(4-1)中加入的稀释水均为步骤(6)中回收的蒸馏水。
同样的，步骤(6)中浓缩得到废酸溶液副产品的质量浓度为50％，将该废酸溶液副产品用于步骤(2)的酸解反应中。
为了更好地实现本发明，步骤(6)中洗涤固体产物包括使用冷水洗涤四次，然后使用质量浓度为0.5～1.5％、温度为45～55℃的H2SO4溶液洗涤一次。
为了确保效果，步骤(6)中洗涤后的固体产物在90℃～110℃的温度条件下干燥，然后在760～840℃的温度条件下煅烧。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明的步骤简单，便于操作，采用的原料是高炉矿渣，属于废物回收利用，不仅成本低，而且还节能环保。
(2)本发明用于酸解反应的H2SO4在完成生产后还能浓缩后回收再次使用，其回收过程简单，回收成本低。同时浓缩产生的高温蒸馏水也可用于水解反应，从而使本发明的热能源与水资源都可循环利用，因此非常的节能环保，并且能进一步降低成本。
(3)本发明的酸解反应滤渣可制成石膏副产品，水解滤液浓缩过滤产生废酸溶液副产品时同时产生硫酸盐副产品，本发明的提取方法在提取出二氧化钛产品的同时还能产生多种副产品，从而能充分的将高炉矿渣变废为宝。
(4)本发明将水解反应制得的固体产物使用冷水洗涤四次，然后使用H2SO4溶液洗涤一次，可去除杂质，从而能保证二氧化钛产品的纯度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明的提取二氧化钛的方法，采用的原料为高炉矿渣，属于废物回收利用，不仅成本低，而且还节能环保。本发明在生产时首先需要筛选原料，选取粒度小于1mm的高炉矿渣原料，本实施例中采用的是湿式筛选机来完成原料的筛选。
然后将筛选出来的原料进行酸解反应，酸解反应使用的酸为H2SO4。实施时，将选取的原料与H2SO4溶液加入酸解反应罐中，酸解反应过程中需搅拌，因此本发明使用的酸解反应罐为自带搅拌功能的搅拌罐。酸解反应过程中会释放热量，反应溶液最高温度可达到90℃，反应过程中温度控制在90℃以内为宜，因此在酸解反应的过程中不需要再对酸解反应罐加热。其中，原料的反应起始浓度为280～320g/L，H2SO4的反应起始质量浓度为45～55％，上述原料的浓度和H2SO4的质量浓度能确保酸解反应时比较适合的温度条件，反应时间为1.8～2.2小时。
本实施例中，原料的反应起始浓度为300g/L，H2SO4的反应起始质量浓度为50％，在该原料的浓度和H2SO4的质量浓度条件下，能确保酸解反应的最佳温度。本实施例中，反应时间为2小时。在具体实施的过程中，根据需要，可在酸解反应过程中适量的加入一些水用于稀释反应液，以降低反应液的粘度。
经过酸解反应后高炉矿渣原料中的有效成分基本都溶解在酸解溶液中，同时也产生了不溶性物质，接下来需要过滤酸解溶液。本实施例中使用带式过滤器来对酸解溶液过滤，为确保过滤效果，在过滤前需要向酸解溶液中添加絮凝剂，本实施例中使用的絮凝剂为Stockhausen公司生产的K185絮凝剂。过滤后可分离出酸解滤液和滤渣，本发明将过滤出的大量滤渣在200℃的条件下干燥，可制得石膏副产品，从而可将滤渣回收利用。
然后将酸解滤液进行水解反应，实施时，将酸解滤液加入水解反应罐中，并向水解反应罐中加入NaOH溶液，加热反应2.5～3小时，本发明的水解反应过程中保持PH值在0.36～0.45之间。本发明使用的NaOH溶液的质量浓度为28～35％，本实施例中使用的NaOH溶液的质量浓度为32％。水解反应过程中也需搅拌，因此本发明使用的水解反应罐也为自带搅拌功能的搅拌罐。在实施的过程中，预先向水解反应罐中加入底水，然后再依次将酸解滤液和NaOH溶液加入水解反应罐中，搅拌并加热。本实施例中使用的底水为本发明回收废酸溶液时回收的高温蒸馏水，因此水解反应开始前底物已经具有很高的温度。加热至沸点，然后继续搅拌加热并保持微沸25～35分钟，然后停止搅拌加热并静置25～35分钟。本实施例中，加热至沸点后继续搅拌加热并保持微沸30分钟，然后静置30分钟。
完成静置后，再次搅拌加热至沸点，继续搅拌加热并保持微沸50～70分钟，本实施例中保持微沸的时间为60分钟。然后向水解反应罐中加入稀释水，本实施例中的PH值保持在0.38～0.42之间，继续搅拌加热并第二次达到沸点，保持微沸50～70分钟，本实施例保持第二次微沸的时间也为60分钟。
水解反应能产生固体目标产物，水解反应完成后过滤水解溶液，并分离出水解滤液和固体产物。在过滤之前同样的向水解溶液中添加絮凝剂，用以确保过滤效果，本发明采用带式过滤器过滤水解溶液。分离出的水解滤液为废酸溶液，而分离出的固体产物为二氧化钛的初步产品，本发明还需要对二氧化钛的初步产品进行处理后得到二氧化钛的最终产品，同时本发明还需要回收废酸溶液。
水解滤液中H2SO4的质量浓度为20％左右，沸点为130℃左右，本发明将该废酸溶液中置于蒸发罐中将多余的水分蒸发出来，进而将废酸溶液浓缩为50％的H2SO4溶液。该H2SO4溶液可用于酸解反应，从而将水解反应产生的废酸再次回收利用。浓缩处理后将H2SO4溶液再次过滤，滤渣为硫酸盐副产品，过滤后的H2SO4溶液即可直接用于酸解反应。浓缩时将产生大量的高温蒸馏水，本发明回收蒸馏水，并可直接将高温蒸馏水用作水解反应的底水和稀释水以及酸解反应中的稀释用水。本发明的废酸回收过程简单，回收成本低，回收后可立即投入生产再次使用；浓缩同时产生的高温蒸馏水也立即投入生产再次使用，从而使本发明的热能源与水资源都可循环利用，因此非常的节能环保，并且能进一步降低成本。
本发明对固体产物即二氧化钛的初步产品的处理过程为：洗涤固体产物后干燥再煅烧，即可得到二氧化钛产品。具体的，洗涤固体产物包括使用冷水洗涤四次，洗涤用冷水也来源于浓缩废酸时回收的蒸馏水。然后使用质量浓度为0.5～1.5％、温度为45～55℃的H2SO4溶液洗涤一次，本实施例中用于洗涤的H2SO4溶液的浓度为1％、温度为50℃。通过上述洗涤过程可去除杂质，从而能保证二氧化钛产品的纯度。洗涤后的固体产物在90℃～110℃的温度条件下干燥，然后在760～840℃的温度条件下煅烧，即可得最终的二氧化钛产品。
本发明的步骤简单，便于操作，采用的原料是高炉矿渣，属于废物回收利用，不仅成本低，而且还节能环保。本发明在生产过程中使用的H2SO4可回收后重复循环使用，回收H2SO4时生成的蒸馏水也可重复循环使用，因此极大地节约了原料成本和能源。在提取出二氧化钛产品的同时还能产生石膏副产品和硫酸盐副产品而没有废弃物的产生，本发明的副产品也都具有使用价值，从而能充分的将高炉矿渣变废为宝。
如上所述，便可较好的实现本发明。

Claims (10)

1.一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)筛选原料
选取粒度小于1mm的高炉矿渣原料；
(2)酸解反应
将选取的原料与H2SO4溶液加入酸解反应罐中，反应1.8～2.2小时；
(3)过滤酸解溶液
将酸解溶液过滤并分离出酸解滤液和滤渣；
(4)水解反应
将酸解滤液加入水解反应罐中，向水解反应罐中加入NaOH溶液，加热反应2.5～3小时；
(5)过滤水解溶液
将水解溶液过滤并分离出水解滤液和固体产物；
(6)回收废酸溶液并制得二氧化钛产品
将水解滤液加入蒸发罐中浓缩并回收蒸馏水，然后过滤并得到废酸溶液副产品和硫酸盐滤渣副产品；洗涤固体产物后干燥再煅烧，得到二氧化钛产品。
2.根据权利要求1所述的一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，步骤(2)中原料的反应起始浓度为280～320g/L，H2SO4的反应起始质量浓度为45％～55％。
3.根据权利要求2所述的一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于：步骤(2)中原料的反应起始浓度为300g/L，H2SO4的反应起始质量浓度为50％，反应时间2小时。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，步骤(3)中向酸解溶液中加入絮凝剂后过滤出滤渣，将滤渣干燥后制得石膏副产品。
5.根据权利要求4所述的一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，步骤(4)中PH值为0.36～0.45。
6.根据权利要求5所述的一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，步骤(4)包括以下步骤：
(4-1)预先向水解反应罐中加入底水，并将酸解滤液加入水解反应罐中，然后向水解反应罐中加入NaOH溶液搅拌并加热至沸点，继续搅拌加热并保持微沸25～35分钟，停止搅拌加热并静置25～35分钟；
(4-2)再次搅拌加热至沸点，继续搅拌加热并保持微沸50～70分钟，向水解反应罐中加入稀释水至PH值为0.38～0.42，继续搅拌加热并保持微沸50～70分钟。
7.根据权利要求6所述的一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，步骤(4-1)中加入的底水和步骤(4-1)中加入的稀释水均为步骤(6)中回收的蒸馏水。
8.根据权利要求5～7任一项所述的一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，步骤(6)中浓缩得到废酸溶液副产品的质量浓度为50％，将该废酸溶液副产品用于步骤(2)的酸解反应中。
9.根据权利要求8所述的一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，步骤(6)中洗涤固体产物包括使用冷水洗涤四次，然后使用质量浓度为0.5～1.5％、温度为45～55℃的H2SO4溶液洗涤一次。
10.根据权利要求8所述的一种从高炉矿渣中提取二氧化钛的方法，其特征在于，步骤(6)中洗涤后的固体产物在90℃～110℃的温度条件下干燥，然后在760～840℃的温度条件下煅烧。
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