CN115180850A - 提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法、提钛尾渣微粉及复合微粉 - Google Patents

提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法、提钛尾渣微粉及复合微粉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，其包括以下步骤：1)将提钛尾渣原渣与水混合，搅拌并过滤脱水后，得到粗脱氯渣；2)将粗脱氯渣与水混合，加入强化脱氯剂，搅拌制浆；3)对浆料进行湿法粉磨处理，以得到细粉浆料；4)对细粉浆料进行过滤、洗涤、干燥，以得到提钛尾渣微粉。本发明提供的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法具有过程简单、能耗低、脱氯效果好等优点，并且能够同时提升提钛尾渣的活性，生产成本低，易于市场推广。本发明还公开了一种利用上述方法制得的提钛尾渣微粉以及一种由上述提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合复配而成的复合微粉。

Description

提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法、提钛尾渣微粉及复合 微粉
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法、一种利用上述方法制得的提钛尾渣微粉以及一种由上述提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合复配而成的复合微粉。
背景技术
冶金行业含钛高炉渣的排放产生的固体废弃物堆积，严重破坏了环境同时又造成资源的浪费。以攀钢为例，攀钢每年排放含钛高炉渣约300万吨，含钛高炉渣中二氧化钛含量约为20-26％，含钛高炉渣一般经水淬后无活性，不能直接作为矿渣微粉使用，直接堆存将造成极大浪费。为此，攀钢开发出了“高温碳化-低温氯化”制取四氯化钛工艺。但是该工艺虽然有效回收利用了含钛高炉渣中的钛元素，一定程度上实现了资源再利用。但是其提取钛资源后仍产生大量的提钛尾渣。
提钛尾渣是高钛型高炉渣提钛后形成的尾渣，为深灰色细粉状物料，粒度150～400目，含水率15％以内，主要化学成分及质量百分比(wt％)见下表所示：
CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO TiO<sub>2</sub> SO<sub>3</sub> Cl
25～28 23～25 12～14 8～9 5～9 0.8～1.2 3～4.5
提钛尾渣原渣具有较好的火山灰活性，磨细至比表面积400m2/kg以上，活性指数可以达到95％以上。但提钛尾渣原渣中含有较高的氯，严重影响了提钛尾渣直接建材资源化利用。其一是提钛尾渣中的氯主要以氯盐(氯化钙、氯化镁等)形式存在，在提钛尾渣原渣预处理(破碎、粉磨、堆放、除尘、运输、掺合等)过程中会出现吸潮、板结、分散困难、腐蚀金属设备等问题，严重影响其直接建材资源化利用；其二是提钛尾渣中的氯限制了提钛尾渣直接应用于钢筋结构混凝土、硅酸盐水泥产品等领域，严重限制了应用前景。
随着经济的发展和城市建设的加快，混凝土、硅酸盐水泥产品需求量越来越大，为了保证混凝土、硅酸盐水泥产品的和易性、水化活性、早期强度、后期的安全性以及较少的水化热等性能，建筑领域混凝土、硅酸盐水泥产品的参数标准通常较为严格，例如：建筑材料领域中参考水泥标准要求氯含量标准为0.06％及以下，参数标准的严格性，造成了混凝土的制备成本较高。
因此，降低混凝土、硅酸盐水泥产品的成本；开发一种脱氯效果好的提钛尾渣脱氯方法，使其脱氯后的产物更有利于大规模的应用；有效处理冶金废弃物大量堆积造成的环境污染，这些方面都是目前亟需解决的技术问题，具有重要的经济意义和环保意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法、一种利用上述方法制得的提钛尾渣微粉以及一种由上述提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合复配而成的复合微粉。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
根据本发明，提供了一种提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，包括以下步骤：
1)将提钛尾渣原渣与水混合，搅拌并过滤脱水后，得到粗脱氯渣；
2)将步骤1)得到的粗脱氯渣与水混合，加入强化脱氯剂，搅拌制浆；
3)对步骤2)制得的浆料进行湿法粉磨处理，以得到细粉浆料；
4)对步骤3)得到的细粉浆料进行过滤、洗涤、干燥，以得到提钛尾渣微粉。
根据本发明的一个实施例，步骤1)中所使用的提钛尾渣原渣为含钛高炉渣经高温碳化-低温氯化提钛后的尾渣，按质量百分比计包括：氧化钙25～28％、二氧化硅23～25％、氯3～4.5％。
根据本发明的一个实施例，步骤1)中提钛尾渣原渣与水按照液固质量比2～5:1混合，过滤脱水后的粗脱氯渣中含水率18～25％，氯含量降低到0.3～0.5％。
根据本发明的一个实施例，步骤2)中粗脱氯渣与水按照液固质量比2～5:1混合，强化脱氯剂为氢氧化钠(钾)，强化脱氯剂加入量为提钛尾渣原渣质量的0.5～1.0％。
根据本发明的一个实施例，步骤3)中的湿法粉磨处理采用两段式管式球磨机进行，粉磨介质采用20～50mm的氧化铝球，管式球磨机内衬采用橡胶防腐内衬，球磨时间大于1h，粉磨后的细粉(干基)比表面积大于400m2/kg。
根据本发明的一个实施例，步骤4)中，过滤优选采用真空带式过滤机，洗涤采用低氯新水，洗涤液固质量比为1～2:1。干燥采用传统的干燥工艺，干燥温度150～500℃，干燥时间为60～120min。经此得到的提钛尾渣微粉比表面积大于400m2/kg，氯含量0.10～0.12％，活性指数95％以上。
根据本发明的一个实施例，提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法还包括以下步骤：5)将步骤4)得到的提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合，采用硅酸钠作为激发剂，得到满足标准要求的复合微粉。
根据本发明的一个实施例，步骤5)中，提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一按照质量比1:1掺合，硅酸钠加入量为提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一总质量的0.5～2.0％，均化后得到比表面积大于400m2/kg，氯含量小于0.06％，活性指数95％以上的复合微粉。
根据本发明，还提供了一种利用上述方法制得的提钛尾渣微粉。
根据本发明，还提供了一种由上述提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合复配而成的复合微粉。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，通过将提钛尾渣原渣与水混合，使得提钛尾渣原渣中存在的绝大部分的氯(氯盐(氯化钙、氯化镁、氯化锰、氯化铁等)、游离氯、含氯复盐等)可通过溶于水后过滤而实现提钛尾渣粗脱氯(氯从最初的3.0～4.5％降低到0.3～0.5％)；然后将粗脱氯渣再一步与水混合，通过添加强化脱氯剂氢氧化钠(钾)，一方面氢氧化钠(钾)可以通过碱蚀作用破坏颗粒表面结构，有利于氯的溶出，另一方面尾渣中的氯可以与氢氧化钠(钾)发生反应，形成易溶于水且稳定的氯化钠(钾)盐；更进一步通过机械粉磨强化作用，可将提钛尾渣原渣破碎，使含氯界面暴露，便于脱除包覆或吸附在提钛尾渣颗粒内部、微孔中的氯。综上，本发明中通过水洗粗脱氯+破磨水洗脱氯+加碱强化脱氯，使得提钛尾渣中的氯脱除到比较低的水平，扩大了提钛尾渣的可用领域，有效提高了提钛尾渣的利用率。此外，本发明提供的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法具有过程简单、能耗低、流程短、脱氯效果好等优点，并且能够同时提升提钛尾渣的活性，有助于实现提钛尾渣资源的高效综合利用。与传统的火法工艺相比，生产成本降低，更易于市场推广。
本发明提供的提钛尾渣微粉，比表面积大，氯含量低，水化活性好，可直接应用于非钢筋结构混凝土领域。具体地，比表面积达到400m2/kg以上，氯含量0.12％以下，活性指数可以达到95％以上。
本发明提供的复合微粉具有与上述提钛尾渣微粉相同的优势，例如，比表面积大，氯含量低，水化活性好，本发明提供的复合微粉可应用于钢筋结构混凝土领域。具体地，将提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合复配得到的复合微粉，比表面积达到400m2/kg以上，氯含量0.06％以下，活性指数可以达到95％以上，含水率3％以下。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法的过程流程图；
图2为本发明另一实施例提供的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法的过程流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
根据需要，本发明说明书中公开了本发明的具体实施例；然而，应当理解在此公开的实施例仅为可通过多种、可替代形式实施的本发明的示例。在下文的描述中，在构想的多个实施例中描述了多个操作参数和部件。这些具体的参数和部件在本说明书中仅作为示例而并不意味着限定。
如图1所示，本发明提供了一种提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法10，其包括以下步骤：S11：将提钛尾渣原渣与水混合，搅拌并过滤脱水后，得到粗脱氯渣；S12：将粗脱氯渣与水混合，加入强化脱氯剂，搅拌制浆；S13：将制得的浆料进行湿法粉磨处理，得到细粉浆料；S14：将得到的细粉浆料进行过滤、洗涤、干燥，得到提钛尾渣微粉。
本文提及的“提钛尾渣原渣”是指含钛高炉渣经过高温碳化-低温氯化制取四氯化钛工艺后排放出的尾渣。在提钛尾渣原渣中，由于经过了低温氯化工艺，提钛尾渣原渣中通常含有3-4.5％的氯元素，氯元素含量较高，限制了提钛尾渣原渣的大规模应用。在提钛尾渣原渣中，氯元素以化合物或氯单质的形式存在。提钛尾渣原渣一般含有较大量的微孔，微孔的产生是由于“高温碳化-低温氯化”制取TiCl4工艺过程中TiCl4以气体形式进入气相而得到提纯，留下的尾渣随着四氯化钛的大量溢出，原来的钛元素的部位形成了大量的坑洞和缝隙，含氯化合物或氯单质由于不能完全逸出而残存在微孔内部或吸附在微孔表面，由于提钛尾渣内部含有大量的微孔，而且多数微孔为纳米级，其内部残留氯元素难以被去除，因此限制了其应用。
提钛尾渣原渣为深灰色细粉状物料，粒度150～400目，含水率15％以内，主要化学成分及质量百分比(wt％)见下表所示。
CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO TiO<sub>2</sub> SO<sub>3</sub> Cl
25～28 23～25 12～14 8～9 5～9 0.8～1.2 3～4.5
提钛尾渣原渣中氯的存在形式有氯盐(氯化钙、氯化镁、氯化锰、氯化铁等)、游离氯、含氯复盐等，绝大部分易溶于水。提钛尾渣原渣中的氯主要包覆或吸附在提钛尾渣原渣颗粒内部、微孔中，直接采用水洗脱氯很难脱除干净。为此，本发明提出了水洗粗脱氯+破磨水洗脱氯+加碱强化脱氯的思路，通过多级强化强化脱氯，使得提钛尾渣中的氯脱除到比较低的水平，扩大了提钛尾渣的可用领域，有效提高了提钛尾渣的利用率。
在本发明的一些实施例中，强化脱氯剂为氢氧化钠或氢氧化钾。一方面氢氧化钠(钾)可以通过碱蚀作用破坏颗粒表面结构，有利于氯的溶出，另一方面尾渣中的氯可以与氢氧化钠(钾)发生反应，形成易溶于水且稳定的氯化钠(钾)盐，由此实现了强化脱氯的效果。除了强化脱氯之外，加入氢氧化钠或氢氧化钾还可起到激发剂的作用，可激发提钛尾渣原渣的活性。强化脱氯剂加入量可以为提钛尾渣原渣质量的0.5～1％。优选地，最佳加入量为提钛尾渣原渣质量的1％。强化脱氯剂加入量过少，起不到预期的强化脱氯的效果，强化脱氯剂加入量过多，会导致细粉浆料中形成大量氢氧化铁胶体，影响过滤效果，同时在尾渣微粉中存在较高钠(钾)，影响产品品质。
在本发明的一些实施例中，步骤S11中提钛尾渣原渣与水按照液固质量比2～5:1混合，优选按照液固质量比3:1混合。加入的水量过少，可能会影响水洗脱氯效果；加入的水量过多，一是造成水资源的浪费，二是影响生产效率。过滤脱水后的粗脱氯渣中含水率18～25％，氯含量从3～4.5％降低到0.3～0.5％。
在本发明的一些实施例中，步骤S12中粗脱氯渣与水按照液固质量比2～5:1混合，优选按照液固质量比3:1混合。加入的水量过少，可能会影响球磨水洗脱氯效果；加入的水量过多，一是造成水资源的浪费，二是影响生产效率。
在本发明的一些实施例中，步骤S13中的湿法粉磨处理采用球磨的方式在球磨机中进行。在本发明的一些实施例中，步骤S13中的湿法粉磨处理优选采用两段式管式球磨机进行，粉磨介质采用20～50mm的氧化铝球，管式球磨机内衬采用橡胶防腐内衬。在本发明的一些实施例中，步骤S13中的湿法粉磨处理的时间大于1h，优选为30～90min，更优选为60min。步骤S13中的湿法粉磨处理使得得到的细粉粉体(干基)的比表面积优选为400m2/kg。
在本发明的一些实施例中，步骤S14中，经粉磨的细粉浆料采用真空带式过滤机进行过滤，真空带式过滤机上部对应抽干区安装二次洗涤装置，采用低氯新水，通过二次洗涤，磨细提钛尾渣中氯可以降低到0.12％以下，经过脱水后的提钛尾渣水分含量可以控制在18～22％。应当理解，上述过滤方式仅为优选实施方式，本发明不限于此，可以采用本领域常规的其他过滤方式。经过脱水后的提钛尾渣通过晾置后干燥处理，水分控制在3％以内，形成提钛尾渣微粉。干燥采用传统的干燥工艺，干燥温度为150～500℃，干燥时间为60～120min。
在本发明的一些实施例中，所述水为工业新水。
在本发明的一些实施例中，提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法10还可选地包括以下步骤：S15：将步骤S14得到的提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合，采用硅酸钠激发，得到满足标准要求的复合微粉。在一些实施例中，提钛尾渣微粉与钢渣微粉按照1:1混合，再加入0.5～2％(以提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一总质量为基准)的硅酸钠激发剂，均化处理后得到氯含量0.06％以下的复合微粉，活性指数可以达到95％以上。钢渣微粉采用目前攀枝花本地销售的钢渣微粉，比表面积达到550m2/kg，活性指数约88～90％。主要化学成分及质量百分比(wt％)见下表所示。通过在低氯提钛尾渣微粉中复掺具有一定活性的钢渣微粉，再通过硅酸钠激发，掺合料中的氯含量可以达到矿渣微粉标准要求。钢渣微粉中游离的氧化钙可以进一步作为低氯提钛尾渣微粉的激发剂使用，提高掺合料的活性。
CaO MgO MnO TFe SiO<sub>2</sub> V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
38.37 10.3 1.1 22.2 12.27 1.67 1.86
图2示出了本发明另一实施例提供的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法的示意图。首先，将提钛尾渣原渣与工业新水按照液固比2～5:1混合，搅拌均匀后过滤，得到含氯0.3～0.5％的粗脱氯渣。第二步，粗脱氯渣与工业新水按照液固比2～5:1混合，再加入0.5～1％(提钛尾渣质量)的强化脱氯剂氢氧化钠或强氧化钾，分散制浆。第三步，采用两段式管磨机进行湿法粉磨处理，粉磨介质采用20～50mm氧化铝球，管磨机内衬采用橡胶防腐内衬得到细粉浆料，球磨时间为30～90min。第四步，经粉磨的细粉浆料采用真空带滤机进行过滤，真空带滤机上部对应抽干区安装二次洗涤装置，经过滤得到脱水湿料和含氯中水，通过二次洗涤(二次洗涤液固质量比为1～2:1)，脱水湿料中氯可以降低到0.12％以下，脱水湿料中水分含量可以控制在18～22％。经过脱水后的提钛尾渣湿料通过晾置后干燥处理，干燥温度为150～500℃，干燥时间为60～120min，水分控制在3％以内，形成低氯提钛尾渣微粉，比表面积达到400m2/kg以上，活性指数可以达到95％以上。第五步，低氯提钛尾渣微粉与目前市场销售的钢渣微粉按照1:1混合均化处理，得到氯含量0.06％以下，活性指数达到95％以上的复合微粉。
在本发明的上述实施例中，提钛尾渣原渣的主要化学成分及质量百分比(wt％)见下表所示。
CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO TiO<sub>2</sub> SO<sub>3</sub> Cl
26.5 25.3 13.0 8.78 5.98 0.98 3.28
后续表1给出了该实施例的具体示例以及相应的对比例。其中，对比例除了不加强化脱氯剂之外，其余步骤与上述实施例类似。表中结果为第四步得到的提钛尾渣微粉的性能表征结果，其中比表面积采用《水泥比表面积测定方法勃氏法(GB/T 8074-2008)》检测，氯含量采用《水泥化学分析方法(GB/T176-2017)》检测，活性指数采用《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉(GB/T 18046-2017)》检测。经由表1可以看出：相比于不添加强化脱氯剂的对比例，添加强化脱氯剂的示例中最终得到的提钛尾渣微粉中氯含量更低，活性指数更高。
本发明的第二方面提供了一种利用上述方法制得的提钛尾渣微粉。利用上述方法制得的提钛尾渣微粉，由于过程中对提钛尾渣内部微孔中残留的含氯物质去除也较为充分，因此得到的提钛尾渣氯含量较低，而且由于过程中加入了激发剂，制备得到的提钛尾渣微粉水化活性较高。本发明提供的提钛尾渣微粉，比表面积达到400m2/kg以上，氯含量0.12％以下，活性指数可以达到95％以上，可直接应用于非钢筋结构混凝土领域。
本发明的第三方面提供了一种复合微粉，其由上述的提钛尾渣微粉与目前市场销售的普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合而成。复合微粉氯含量保持在0.06％以下，活性指数可以达到95％以上，可以在钢筋结构混凝土领域应用。复合微粉可以在建筑材料的制备中应用，作为原料应用能够降低建筑材料的成本，建筑材料包括水泥或混凝土，本发明的复合微粉可以用于配制水泥或混凝土，进而降低水泥和混凝土的成本。
Figure BDA0003746961560000101

Claims (10)

1.一种提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将提钛尾渣原渣与水混合，搅拌并过滤脱水后，得到粗脱氯渣；
2)将步骤1)得到的粗脱氯渣与水混合，加入强化脱氯剂，搅拌制浆；
3)对步骤2)制得的浆料进行湿法粉磨处理，以得到细粉浆料；
4)对步骤3)得到的细粉浆料进行过滤、洗涤、干燥，以得到提钛尾渣微粉。
2.根据权利要求1所述的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，其特征在于，步骤1)中所使用的提钛尾渣原渣为含钛高炉渣经高温碳化-低温氯化提钛后的尾渣，按质量百分比计包括：氧化钙25～28％、二氧化硅23～25％、氯3～4.5％。
3.根据权利要求1所述的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，其特征在于，步骤1)中提钛尾渣原渣与水按照液固质量比2～5:1混合。
4.根据权利要求1所述的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，其特征在于，步骤2)中粗脱氯渣与水按照液固质量比2～5:1混合，强化脱氯剂为氢氧化钠或氢氧化钾，强化脱氯剂加入量为提钛尾渣原渣质量的0.5～1.0％。
5.根据权利要求1所述的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，其特征在于，步骤3)中的湿法粉磨处理采用两段式管式球磨机进行，粉磨介质采用20～50mm的氧化铝球，管式球磨机内衬采用橡胶防腐内衬，球磨时间为30～90min，粉磨后的细粉比表面积大于400m2/kg。
6.根据权利要求1所述的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，其特征在于，步骤4)中，过滤采用真空带式过滤机，洗涤采用低氯新水，洗涤液固质量比为1～2:1，干燥温度为150～500℃，干燥时间为60～120min。
7.根据权利要求1所述的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，其特征在于，还包括以下步骤：5)将步骤4)得到的提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合，采用硅酸钠作为激发剂，得到满足标准要求的复合微粉。
8.根据权利要求7所述的提钛尾渣脱氯及资源化利用的方法，其特征在于，步骤5)中，提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一按照质量比1:1掺合，硅酸钠加入量为提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一总质量的0.5～2.0％。
9.一种利用权利要求1-6中任一项所述的方法制得的提钛尾渣微粉。
10.一种复合微粉，其特征在于，由权利要求9所述的提钛尾渣微粉与普通矿渣微粉、钢渣微粉、1级粉煤灰之一混合复配而成。
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