CN110422877A - 一种从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法 - Google Patents

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王丽君
吴顺
何晓波
谭博
王旗
侯云廷
冯晓霞
周国治
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/04—Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047—Titanium dioxide
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    • C01G23/047—Titanium dioxide
    • C01G23/08—Drying; Calcining ; After treatment of titanium oxide

Abstract

一种从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，属于资源化综合利用领域。本发明用氯化钠、氯化钾和三氯化铝混合物与含钒渣混合，在600～1100℃下焙烧，将钛氯化为四氯化钛并与钒渣分离。将收集四氯化钛、三氯化铝和去离子水混合，在30～90℃下保温水解，直接得到了不同纯度的金红石二氧化钛，通过在400～900℃煅烧能够提高二氧化钛的结晶性。该方法可以有效的实现了从含钛冶金渣、矿物以及含钛粉尘中分离钛，较低温度下直接制金红石二氧化钛。该方法适用于含钛冶金渣、矿物以及含钛粉尘中钛的提取回收。

Description

一种从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法
技术领域
本发明涉及一种从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，属于资源化综合利用领域。
背景技术
我国有大量的含钛冶金渣、矿物以及含钛粉尘，仅攀枝花钢厂含钛高炉渣的年产量就高达360万吨以上；我国钒钛磁铁矿保有的资源储量超过了100亿吨；而在我国现有大大小小的尾矿库400多个，全部的金属矿山堆存的尾矿达到了50亿吨以上，而且以5亿吨每年尾矿的速度增长；近年来，我国每年有接近28万吨的不锈钢粉尘产出，粉尘中含有Fe、Cr、Ti等有价金属，综合利用价值极高。钛作为一种稀有金属，在自然界中分散难于提取，钛的延伸产物包括了金属钛、钛合金以及氧化钛，在各个领域都得到广泛的应用，其中钛白粉的制备具有极高的价值。
二氧化钛因其在颜料，光电导体，催化载体，涂料，太阳能电池等方面的广泛应用而得到广泛的研究，在传统的钛白粉制备工艺中，包括硫酸法、沉淀法、胶溶法、氯化法。硫酸法操作工序多、工艺流程长、综合能耗高、产生污染大，已被列入限制工艺；沉淀法的生产方式工艺流程长，自动化水平比较低是它的缺点，各个工艺的工艺参数一定要严格控制，否则很难获得分散性好的TiO2产物；胶溶法中TiOSO4制取TiO2的过程中工艺技术未达到要求，过滤洗涤TiOSO4的水解产物比较困难,氯化法具有环境污染小、自动化程度高等一系列优点。但是氯化法生产技术是国外发达国家生产主流，掌握核心技术的公司对该工艺核心技术高度垄断，致使国内的研究比较落后，氧化过程需要高温，能耗相对较高。
发明内容
本发明目的是为了有效的回收含钛的冶金渣、矿物以及含钛粉尘中氯化后得到的钛，在较低温度下直接制备金红石型二氧化钛。
为了实现上述发明目的，本发明提供了这样一种从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的工艺，其包括以下步骤：
A、钢铁厂钒渣与氯化钠、氯化钾和三氯化铝按一定比例混合均匀；将混合物放入氧化铝坩埚，将坩埚放入竖式炉中，炉中通入高纯氩气；将竖炉升高到一定温度，保温一定时间，在这个过程中，将出气口气体通入盛有去离子水的容器中；
B、将不同量的盐酸和异丙醇加入容器中，在恒温水浴锅中恒温一定时间，使得四氯化钛水解为二氧化钛沉淀，得到固液混合物；
C、将B步骤所得混合物进行离心分离，得到金红石二氧化钛固体，以及含其他物质的液体；
D、将C步骤所得固体在一定温度下干燥；
E、将D步骤所得固体在竖式炉中煅烧。
进一步地，A步骤固体渣、矿、粉尘的粒度在50～250微米之间，氯化钠、氯化钾和三氯化铝的质量比例为20:25:27，氯化钠、氯化钾是为了形成低熔点的熔盐。
进一步地，A步骤焙烧温度为600～1100℃，时间为2～10h。
进一步地，B步骤水浴锅温度为30～90℃下，恒温时间为4～9h。
进一步地，B步骤酸的浓度为0.0005～1mol/L，醇的浓度为0.0005～0.05mol/ml。
进一步地，C步骤离心分离因数Fr控制在7000～10000范围内。
进一步地，D步骤中干燥的温度在90～120℃。
进一步地，E步骤中竖式炉的温度在400～900℃，煅烧时间在2～8h。
本发明特点如下：
(1)本发明找到了一种通过简单水解实现了低温制备金红石二氧化钛。
AlCl3+H2O＝AlOCl+2HCl
(2)本方法水解反应温度为30～90℃，比传统锐钛矿300～1000℃煅烧制备金红石降低了210～970℃。
(3)本方法有效的将氯化钒渣后，有效的在低温制备金红石，对于传统的金红石生产改进也有很大的知道意义。
(4)钛渣和钛矿中含有大量的有价金属钛，本方法对从含钛冶金渣、矿物以及含钛粉尘氯化提取分离钛也具有很大的指导意义。
具体实施方式
此处所描述的具体实例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，本领域技术人员应当理解，本发明的方法并不仅限于金红石二氧化钛的制备。现将本发明的具体实例叙述于后。
实施例1
将40克国内某钢铁厂的钒渣(粒度200微米，TiO2含量为11.38wt％)与40克氯化钠、50克氯化钾和54.2克三氯化铝混合均匀，放入氧化铝坩埚中。将坩埚置于通有高纯氩气的竖式炉中，升温到900℃，保温8h。在整个加热过程中，出去口气体通入装有100ml的去离子水的平底烧瓶中。将烧瓶中溶液在恒温水浴锅中60℃保持恒温6h，将所得固液混合物离心分离，在104℃的干燥6h箱中干燥得到二氧化钛，将干燥后的样品在竖式炉中550℃煅烧4h，冷却得到金红石二氧化钛。
实施例2
将40克国内某钢铁厂的钒渣(粒度200微米，TiO2含量为11.38wt％)与40克氯化钠、50克氯化钾和54.2克三氯化铝混合均匀，放入氧化铝坩埚中。将坩埚置于通有高纯氩气的竖式炉中，升温到900℃，保温8h。在整个加热过程中，出去口气体通入装有酸浓度为0.4mol/L的100ml溶液中，在恒温水浴锅中60℃保持恒温6h，将所得固液混合物离心分离，在104℃的干燥6h箱中干燥得到二氧化钛，将干燥后的样品在竖式炉中550℃煅烧4h，冷却得到金红石二氧化钛。
实施例3
将40克国内某钢铁厂的钒渣(粒度200微米，TiO2含量为11.38wt％)与40克氯化钠、50克氯化钾和54.2克三氯化铝混合均匀，放入氧化铝坩埚中。将坩埚置于通有高纯氩气的竖式炉中，升温到900℃，保温8h。在整个加热过程中，出去口气体通入装有酸浓度为0.4mol/L、醇浓度为0.002mol/ml的100ml溶液中，在恒温水浴锅中60℃保持恒温6h，将所得固液混合物离心分离，在104℃的干燥6h箱中干燥得到二氧化钛，将干燥后的样品在竖式炉中550℃煅烧4h，冷却得到金红石二氧化钛。

Claims (9)

1.一种从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，其特征包括以下步骤：
A、钢铁厂钒渣与氯化钠、氯化钾和三氯化铝按一定比例混合均匀；将混合物放入氧化铝坩埚，将坩埚放入竖式炉中，炉中通入高纯氩气；将竖炉升高到一定温度，保温一定时间，在这个过程中，将出气口气体通入盛有去离子水的容器中；
B、将不同量的盐酸和异丙醇加入容器中，在恒温水浴锅中恒温一定时间，使得四氯化钛水解为二氧化钛沉淀，得到固液混合物；
C、将B步骤所得混合物进行离心分离，得到金红石二氧化钛固体，以及含其他物质的液体；
D、将C步骤所得固体在一定温度下干燥；
E、将D步骤所得固体在竖式炉中煅烧。
2.根据权利要求1所述从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，其特征在于所述固体渣、矿、粉尘的粒度在50～250微米之间，氯化钠、氯化钾和三氯化铝的质量比例为20:25:27。
3.根据权利要求1所述从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，其特征在于所述A步骤焙烧温度为600～1100℃，时间为2～10h。
4.根据权利要求1所述从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，其特征在于所述B步骤水浴锅温度为30～90℃下，恒温时间为4～9h。
5.根据权利要求1所述从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，其特征在于所述B步骤酸的浓度为0.0005～1mol/L，醇的浓度为0.0005～0.05mol/ml。
6.根据权利要求1所述从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，其特征在于所述C步骤离心分离因数Fr控制在7000～10000范围内。
7.根据权利要求1所述从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，其特征在于所述E步骤中干燥的温度在90～120℃。
8.根据权利要求1所述从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，其特征在于所述E步骤中竖式炉的温度在400～900℃。
9.根据权利要求1所述从钒渣中提取制备高纯金红石TiO2的方法，其特征在于所述E步骤中竖式炉煅烧时间在2～8h。
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