CN110128039A - 一种钛白废水铁硫分离的方法 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种钛白废水铁硫分离的方法，在钛白废水中加入石膏晶种、石膏调形剂、氢氧化铁稳定剂混合均匀后，加入缓释氢氧化钙，通过旋流分离得到钛石膏和含纳米氢氧化铁溶液；钛石膏通过压滤、快烧得到石膏胶凝材料；在含纳米氢氧化铁溶液中加入促凝剂，得到氢氧化铁沉淀，液固分离、在氢氧化铁沉淀中加入整形剂混合均匀后，加入蒸压釜晶化得到氧化铁红。本方法生产成本低，效率高，实现资源高质循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及工业废酸资源化利用领域，具体涉及硫酸法生产钛白粉产生的废酸的利用方法，该石膏可以用于建材领域，氢氧化铁用途炼钢领域。
背景技术
我国是世界钛资源大国，矿物类型主要为钛铁矿，根据2015年美国地质调查局（USGS）公布的数据，我国钛铁矿储量2亿吨，占全球储量28%，排名全球第一。全国原生钛铁矿共有45处，主要分布在四川攀西和河北承德。根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会与攀钢钛业集团的联合统计，2014年全国共生产钛精矿380万吨，其中攀西地区254万吨。
钛铁矿主要用于生产钛白粉，钛白粉的主要成分为二氧化钛，其化学性质稳定，具有很好的着色牢度及优良的遮盖力，被认为是目前世界上最好的白色颜料。2015年，我国钛白粉生产总量，超过230万吨。
工业上生产钛白粉主要有两种方法：氯化法和硫酸法。钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时, 为治理酸性废水, 加入石灰石和氧化钙中和酸性废水而产生的废渣, 其主要成分为二水石膏和氢氧化铁，为保证铁沉淀彻底，氧化钙加入微过量，钛石膏显弱碱性。钛石膏的排放不仅占用大量土地，又污染环境。由于受到雨水的冲洗，堆砌场上的钛石膏会发生流失，同时，钛石膏经过雨水的冲刷和浸泡，可溶性有害物质溶于水中，经水在环境中的流动和循环，会严重污染地表水以及地下水；另一方面，钛石膏堆积经日晒风吹后，少部分会以粉末状飘散于大气中，以及沉降到可能接触到的外物表面，既污染环境又威胁健康[李国忠，赵帅，于洋.钛石膏在建筑材料领域的应用研究[J]. 砖瓦，2008，（3）：58-60]。
由于钛石膏含有氢氧化铁，含水率高、不易烘干，附加值低。本专利在废酸中和过程中，实现硫铁分离得到白度较高的钛石膏和氢氧化铁，提高其附加值利用，解决钛石膏循环利用问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种钛白废水铁硫分离的方法，同已有技术方案相比，本方法能节约生产成本，提高效率，实现资源循环利用。能显著提高钛石膏产品质量，具有显著的经济效益和社会效益。
一种钛白废水铁硫分离的方法，包括以下步骤：
在钛白废水中加入石膏晶种、石膏调形剂、氢氧化铁稳定剂混合均匀后，加入缓释氢氧化钙，通过旋流分离得到钛石膏和含纳米氢氧化铁溶液；钛石膏通过压滤、快烧得到石膏胶凝材料；在含纳米氢氧化铁溶液中加入促凝剂，得到氢氧化铁沉淀，液固分离、在氢氧化铁沉淀中加入整形剂混合均匀后，加入蒸压釜晶化得到氧化铁红。
所述的石膏调形剂为十六烷基三甲基溴化铵、N,N二甲基十二烷基胺、十八烷基三甲基氯化铵中的一种，加入量为钛石膏质量的0.1-1.0%。
所述的氢氧化铁稳定剂为聚乙二醇、脂肪酸甘油酯、山梨醇中的一种，加入量为钛石膏质量的0.1-1.0%。
所述的缓释氢氧化钙为表面处理后的纳米氢氧化钙，加入量为钛石膏质量的30-50%。
所述的快烧温度为400-800℃，时间为10-30s。
所述的促凝剂为淀粉、单宁酸、明胶、羧甲基纤维素中的一种，加入量为钛石膏质量的0.1-1.0%。
所述的整形剂为磷酸、草酸、硼酸中的一种，加入量为钛石膏质量的0.01-0.5%。
所述的晶化反应的温度为160-300℃，晶化时间为1-10h。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
在钛白废水中加入石膏晶种有利于石膏的结晶生长，容易得到晶粒粗大的晶粒、有利于液固分离。石膏晶种为天然二水石膏，也可用钛石膏粉碎后的细晶；晶种晶粒大小为0.1-1μm，晶种加入量为钛石膏质量的0.1-1.0%。
石膏调形剂可以调整石膏的形貌，得到片状的二水石膏晶体，同时加速石膏晶体的生长速度。本发明中钛石膏的晶粒均大于30μm。
氢氧化铁稳定剂与氢氧化铁相互作用，阻碍氢氧化铁凝聚沉淀，得到纳米氢氧化铁，粒径为1-100nm，由于其粒径较小，密度约为1g/cm3，可悬浮在溶液中。
缓释氢氧化钙为表面处理后的纳米氢氧化钙，表面处理剂为脂肪酸、石蜡、硬脂酸中的一种（表面处理剂均具有同样的效果，加入量为氢氧化钙质量的0.1-1.0%），纳米氢氧化钙粒径均为1-100nm，由于通过表面处理纳米氢氧化钙容易分散在溶液中，又由于其密度约为1g/cm3，可悬浮在溶液中，有利于溶液体系反应的均匀性。表面处理可控制氢氧化钙与废酸的反应速度，有利于钛石膏晶体的生长，并避免氢氧化铁快速生成、产生絮凝沉淀。
旋流分离的原理为：当待分离的两相混合液以一定的压力从水力旋流器上部周边切向进入器内后，产生强烈的旋转运动，由于轻相与重相物料存在密度差、所受的离心力、向心浮力和流体曳力的大小不同，受离心沉降作用，大部分重相物料经旋流器底流口排出，而轻相物料则由溢流口排出，从而达到相互分离的目的。本专利旋流分离采用全旋流器分离法，是按一定工艺原理将旋流器连接起来，形成一套完整、封闭的分离系统，用一套多级旋流器代替多级筛分和离心分离设备的组合，直接由多级旋流器分离石膏和纳米氢氧化铁，其优点十分显著，具有结构简单，无运动部件，设备紧凑，占地面积小，设备成本低和处理量大等许多优点。
快烧为钛石膏与高温空气混合，快速脱水得到半水石膏胶凝材料，该设备具有效率高、投资低、维护简单的特点。钛石膏在进料口与热风口进来的热风混合，通过进料管道向下运动、通过打散机、再通过出料管道从出料口排除，用收尘器实现固气分离。在进料和出料的管道中，根据多相流体的运动特点设置有扬料板和流体导向叶片，使钛石膏在热风中容易分散，促使热风与钛石膏混合均匀，确保所有石膏粉体均匀受热。本专利的快烧设备，相比于烘干打散加炒锅（或沸腾炉）的建筑石膏生产设备，具有结构简单、投资低的特点。石膏在与热风同向运动过程中被加热脱水，由于石膏与热风接触时间短，得到的石膏为半水石膏胶凝材料。打散机还将部分石膏晶粒打碎，得到粒径分布连续的胶凝材料，有利于提高石膏的强度，胶凝材料粒径分布为1-30μm，干抗压强度均大于10MPa。
促凝剂为有机大分子与氢氧化铁作用，将不同氢氧化铁胶粒吸附在一起，产生絮凝得到沉淀，有利于液固分离。
整形剂改变氢氧化铁在晶化过程中的形貌、并促进晶粒长大。本专利氧化铁为片状，片的直径均为30-100μm，可作为高档铁红颜料，有利于在涂料、油漆、塑料中应用。
另外，氢氧化铁沉淀也可与微生物矿化作用得到氧化铁或纤铁矿，排除结构水和吸附水，用于炼钢。微生物为常见的球衣菌，每公斤氢氧化铁中加入量为106个。微生物所需营养物质为树枝或秸秆、养殖场排放的废弃物（动物粪便、皮毛、内脏等）中的一种，通过堆肥得到，加入量为氢氧化铁质量的10-30%。利用废弃物为微生物的营养物质，具有资源循环利用的特点。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
在钛白废水中加入石膏晶种（钛石膏质量的0.5%）、石膏调形剂、氢氧化铁稳定剂混合均匀后，加入缓释氢氧化钙，通过旋流分离得到钛石膏和含纳米氢氧化铁溶液；钛石膏通过压滤、快烧得到石膏胶凝材料。石膏调形剂、氢氧化铁稳定剂，钛石膏快烧的温度和时间，见表1。
表1
本实施例1-实施例16中，钛石膏的晶粒均大于30μm，纳米氢氧化铁粒径均小于100nm；快烧后胶凝材料干抗压强度均大于10MPa。
在含纳米氢氧化铁溶液中加入促凝剂，得到氢氧化铁沉淀，液固分离、在氢氧化铁沉淀中加入整形剂混合均匀后，加入蒸压釜晶化得到氧化铁红。 促凝剂、整形剂、蒸压晶化温度和时间，见表2。
表2
本实施例1-实施例16中，氧化铁红为片状，片的直径均大于30μm。
本发明的实施例均可实施并能达到发明目的。本发明不限于这些实施例。
Claims (8)
1.一种钛白废水铁硫分离的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在钛白废水中加入石膏晶种、石膏调形剂、氢氧化铁稳定剂混合均匀后，加入缓释氢氧化钙，通过旋流分离得到钛石膏和含纳米氢氧化铁溶液；钛石膏通过压滤、快烧得到石膏胶凝材料；在含纳米氢氧化铁溶液中加入促凝剂，得到氢氧化铁沉淀、液固分离，在氢氧化铁沉淀中加入整形剂混合均匀后，加入蒸压釜晶化得到氧化铁红。
2.根据权利要求1所述的一种钛白废水铁硫分离的方法，其特征在于，所述的石膏调形剂为十六烷基三甲基溴化铵、N,N二甲基十二烷基胺、十八烷基三甲基氯化铵中的一种，加入量为钛石膏质量的0.1-1.0%。
3.根据权利要求1所述的一种钛白废水铁硫分离的方法，其特征在于，所述的氢氧化铁稳定剂为聚乙二醇、脂肪酸甘油酯、山梨醇中的一种，加入量为钛石膏质量的0.1-1.0%。
4.根据权利要求1所述的一种钛白废水铁硫分离的方法，其特征在于，所述的缓释氢氧化钙为表面处理后的纳米氢氧化钙，加入量为钛石膏质量的30-50%。
5.根据权利要求1所述的一种钛白废水铁硫分离的方法，其特征在于，所述的快烧温度为400-800℃，时间为10-30s。
6.根据权利要求1所述的一种钛白废水铁硫分离的方法，其特征在于，所述的促凝剂为淀粉、单宁酸、明胶、羧甲基纤维素中的一种，加入量为钛石膏质量的0.1-1.0%。
7.根据权利要求1所述的一种钛白废水铁硫分离的方法，其特征在于，所述的整形剂为磷酸、草酸、硼酸中的一种，加入量为钛石膏质量的0.01-0.5%。
8.根据权利要求1所述的一种钛白废水铁硫分离的方法，其特征在于，所述的晶化反应的温度为160-300℃，晶化时间为1-10h。
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