CN108946680A - 一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺 - Google Patents

一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺 Download PDF

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王帅帅
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Abstract

本发明提供了一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，包括如下步骤：将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合研磨制成生料，送入窑内焙烧得熟料；将熟料进行溶出，并进行固液分离；分离得到的溶液制备氧化铝；将制得的氧化铝与氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁、氧化硅、氧化锆和氧化钴混匀，加入去离子水混合研磨、干燥得混合物料，将混合物料烧结，冷却后粉碎，加入去离子水研磨，经喷雾干燥得钛酸铝粉体；将分离得到的残渣经浮选得硫化物；硫化物加工制得硫酸。本发明具有制备钛酸铝粉体和制酸成本低，废渣利用率高，制备的钛酸铝粉体具有品质高，工艺简单的优点。

Description

一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺
技术领域
本发明涉及一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，属于冶金化工领域。
背景技术
钛酸铝陶瓷粉体是广泛应用于制造钛酸铝陶瓷及耐火材料，广泛应用于有色金属铸造、 汽车尾气处理以及其他低膨胀材料；钛酸铝的导热系数低，广泛应用于保温材料上。在现有技术的钛酸铝粉体采用氧化铝粉和其它原料加工制备得到，而现有氧化铝粉的制作工艺复杂、生产成本高，导致氧化铝粉价格贵，大大的增加了钛酸铝粉体的生产成本。
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,其 主要成分为硫酸钙(CaSO4)，其含量一般可达到70-90％左右。此外， 磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、 铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。
现目前，针对磷石膏和粉煤灰的综合利用的技术很少，基本上集中在建材和铺路等传统领域，这造成了磷石膏和粉煤灰中大量高价值成分的浪费，附加值非常低。而将磷石膏和粉煤灰综合利用来制钛酸铝粉体，同时联产酸的工艺，未见报道。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺。本发明具有制备钛酸铝粉体和制酸成本低，废渣利用率高，制备的钛酸铝粉体具有品质高，工艺简单的优点。
本发明的技术方案
一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，包括如下步骤：
A、将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；
B、将步骤A制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；
C、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并灼烧，粉碎得氧化铝粉；
D、将步骤C制得的氧化铝粉与氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁、氧化硅、氧化锆和氧化钴混匀，加入去离子水混合研磨、干燥得混合物料，将混合物料烧结，冷却后粉碎，加入去离子水研磨，经喷雾干燥得钛酸铝粉体；
E、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
F、将步骤E分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。
前述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺中，步骤A中，所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
前述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺中，步骤A中，所述的生料中，磷石膏和粉煤灰按照1:1-1.8重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
前述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺中，步骤A中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺中，步骤A中，是在温度1000-1350℃下焙烧时间1-2h。
前述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺中，步骤B中，所述熟料先水磨后溶出；溶出时的液固体积比为4-6:1。
前述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺中，步骤C中，灼烧是在温度800-1200℃下灼烧时间3-5h。
前述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺中，步骤D中，按重量份计，所述钛酸铝粉体包含氧化铝粉30-35份，氧化钛28-33份、氧化镁3-5份、氧化铈1-2份、氧化铁2-3份、氧化硅1-2份、氧化锆1-2份和氧化钴0.5-1份。
前述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺中，步骤D中，所述混合物料的粒径为300-400μm。
前述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺中，步骤D中，所述混合物料烧结的是在温度1300-1400℃下，烧结2-3h。
本发明通过将磷石膏和粉煤灰反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：
CaSO4（磷石膏）+ Na2O·SiO2·Al2O3（粉煤灰）→ Na2O·Al2O3 + CaO·SiO2↓ + [硫]
从该反应式可知，用磷石膏中的CaO与粉煤灰中的SiO2生成原硅酸钙（ CaO·SiO2↓）后，得到可溶性极好的铝酸钠（Na2O·Al2O3）。反应式中的[硫]，是指通过生料加添加剂和改性剂工艺，生成的金属硫化物；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到金属硫化物。
有益效果
1、本发明通过利用磷石膏和粉煤灰作为原料，并加入添加剂和改性剂之后，在高温焙烧的工艺下得到主要含硅酸盐、铝酸盐和硫化物的熟料，而该铝酸盐的主要成分为铝酸钠，将铝酸钠水溶出后即可进行回收，而固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，
通过回收的铝酸钠制备氧化铝，将氧化铝与其它原料制备钛酸铝粉体，由于整个工艺中主要以磷石膏和粉煤灰为原料，添加少量其他物质即可，因此，大大降低了制酸和钛酸铝粉体的成本投入。还大大增加了磷石膏和粉煤灰废渣的利用率，为缓解磷石膏和粉煤灰对环境的污染具有重要的贡献。
2、本发明通过的原料通过焙烧后，得到的成分分明，铝主要以铝酸钠形式存在，利用铝酸钠极易溶于水的特性，可简单快速的将其分离并用于制备氧化铝，将氧化铝与其它原料制备钛酸铝粉体，钛酸铝粉体具有体积密度大、比表面积大、品质高的优点，且钛酸铝粉体成本低。
3、本发明将工艺中的固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，制酸的成本低，制酸工艺简单。
为进一步证明本发明的效果，发明人做了如下检测。
1、钛酸铝粉体的检测
发明人分别对以下五组实施例中的钛酸铝粉体进行检测，检测结果见表1；
通过表1本发明钛酸铝粉体检测结果表分析得到，本发明的钛酸铝粉体具有体积密度大、比表面积大、品质高的优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1000℃下焙烧时间1.5h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的10%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于30%的富氧环境下，在800℃下焙烧5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度800℃下灼烧时间5h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁、氧化硅、氧化锆和氧化钴混匀，加入去离子水混合研磨、干燥得混合物料，混合物料的粒径为300-400μm，将混合物料在温度1300℃下，烧结2h，冷却后粉碎，加入去离子水研磨，经喷雾干燥得钛酸铝粉体。其中按重量份计，所述钛酸铝粉体包含氧化铝粉30份，氧化钛28份、氧化镁3份、氧化铈1份、氧化铁2份、氧化硅1份、氧化锆1份和氧化钴0.5份。
实施例2：一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间2h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.2重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1.2添加，碳的混合比例为生料总重量的15%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于35%的富氧环境下，在900℃下焙烧4h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度1000℃下灼烧时间4h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁、氧化硅、氧化锆和氧化钴混匀，加入去离子水混合研磨、干燥得混合物料，混合物料的粒径为300-400μm，将混合物料在温度1330℃下，烧结2.5h，冷却后粉碎，加入去离子水研磨，经喷雾干燥得钛酸铝粉体。其中按重量份计，所述钛酸铝粉体包含氧化铝粉33份，氧化钛30份、氧化镁4份、氧化铈1.5份、氧化铁2.5份、氧化硅1份、氧化锆2份和氧化钴0.7份。
实施例3：一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、烧碱和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1300℃下焙烧时间1.5h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.4重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的20%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1000℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度1100℃下灼烧时间3h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁、氧化硅、氧化锆和氧化钴混匀，加入去离子水混合研磨、干燥得混合物料，混合物料的粒径为300-400μm，将混合物料在温度1360℃下，烧结2.8h，冷却后粉碎，加入去离子水研磨，经喷雾干燥得钛酸铝粉体。其中按重量份计，所述钛酸铝粉体包含氧化铝粉34份，氧化钛31份、氧化镁4份、氧化铈2份、氧化铁2份、氧化硅2份、氧化锆1份和氧化钴0.8份。
实施例4：一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1350℃下焙烧时间1h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.6重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的25%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1200℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度1200℃下灼烧时间3h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁、氧化硅、氧化锆和氧化钴混匀，加入去离子水混合研磨、干燥得混合物料，混合物料的粒径为300-400μm，将混合物料在温度1380℃下，烧结3h，冷却后粉碎，加入去离子水研磨，经喷雾干燥得钛酸铝粉体。其中按重量份计，所述钛酸铝粉体包含氧化铝粉32份，氧化钛32份、氧化镁5份、氧化铈1份、氧化铁3份、氧化硅2份、氧化锆2份和氧化钴0.9份。
实施例5：一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、硫酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间2h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.8重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的20%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于50%的富氧环境下，在1100℃下焙烧4h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度1200℃下灼烧时间5h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁、氧化硅、氧化锆和氧化钴混匀，加入去离子水混合研磨、干燥得混合物料，混合物料的粒径为300-400μm，将混合物料在温度1400℃下，烧结3h，冷却后粉碎，加入去离子水研磨，经喷雾干燥得钛酸铝粉体。其中按重量份计，所述钛酸铝粉体包含氧化铝粉35份，氧化钛33份、氧化镁5份、氧化铈2份、氧化铁3份、氧化硅2份、氧化锆2份和氧化钴1份。

Claims (10)

1.一种制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；
B、将步骤A制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；
C、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并灼烧，粉碎得氧化铝粉；
D、将步骤C制得的氧化铝粉与氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁、氧化硅、氧化锆和氧化钴混匀，加入去离子水混合研磨、干燥得混合物料，将混合物料烧结，冷却后粉碎，加入去离子水研磨，经喷雾干燥得钛酸铝粉体；
E、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
F、将步骤E分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。
2.根据权利要求1所述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于：步骤A中，所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
3.根据权利要求1所述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于：步骤A中，所述的生料中，磷石膏和粉煤灰按照1:1-1.8重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
4.根据权利要求1所述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于：步骤A中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
5.根据权利要求1所述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于：步骤A中，是在温度1000-1350℃下焙烧时间1-2h。
6.根据权利要求1所述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于：步骤B中，所述熟料先水磨后溶出；溶出时的液固体积比为4-6:1。
7.根据权利要求1所述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于：步骤C中，灼烧是在温度800-1200℃下灼烧时间3-5h。
8.根据权利要求1所述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于：步骤D中，按重量份计，所述钛酸铝粉体包含氧化铝粉30-35份，氧化钛28-33份、氧化镁3-5份、氧化铈1-2份、氧化铁2-3份、氧化硅1-2份、氧化锆1-2份和氧化钴0.5-1份。
9.根据权利要求1所述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于：步骤D中，所述混合物料的粒径为300-400μm。
10.根据权利要求1所述的制备钛酸铝粉体联产酸的工艺，其特征在于：步骤D中，所述混合物料烧结的是在温度1300-1400℃下，烧结2-3h。
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