專利名稱：用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法
技術領域：
本發明屬于煉鐵所產生的含鈦高爐渣的處理領域，特別涉及一種用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法。
背景技術：
煉鐵必然產生大量高爐渣，尤其是我國攀枝花地區含鈦高爐渣目前已堆積如山，超過5000萬噸，不僅浪費了寶貴的鈦資源，還污染了環境。該渣中含TiO220-26％，CaO20-27％，SiO217-25％，Al2O310-16％，MgO 5-10％，鈦主要以鈦透輝石和鈣鈦礦兩種物相存在。將該渣用作水泥原料，因鈦含量高，使水泥強度降低；采用火法冶金或選礦的方法從含鈦高爐渣中分離鈦，因能耗高、分離效率不高、流程長等方面的原因難以工業化；采用現有的濕法工藝制取鈦白的方法均借鑒由鈦鐵礦或高鈦渣生產鈦白的硫酸法工藝，其提取鈦的過程主要包含了高爐渣的硫酸分解、熟化及浸取等三個工序，流程長，且所得鈦液中含有大量的Al、Mg等雜質，經水解、煅燒后的產品中雜質含量高。
申請號為86108511的中國專利申請公開了一種用含鈦煉鐵高爐渣制取鈦白粉的方法，該方法所制取的產品鈦白的質量僅能達到市場容量很小、用于焊條、搪瓷和冶金行業的非顏料級。另外，該方法采用濃度為10-96％的硫酸提取鈦，但當酸濃度≤70％時，由于受沸點限制，難以在其所述的160-280℃下熟化，除非將其中大量的水分蒸發，因此能耗高；若在較高濃度(比如＞70％)下分解，則又不能消化水解產生的低濃度廢酸，酸耗勢必增加。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種低酸耗的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白及粗鈦白的方法。
實現本發明目的所采取的技術方案1、將熔融狀態的含鈦高爐渣(出爐時的含鈦煉鐵高爐渣)進行水淬(用水快速冷卻)，水淬后的高爐渣處于非晶態甚至無定形狀態(其X射線衍射譜圖見附圖2)，與自然冷卻的含鈦高爐渣相比，水淬渣的酸解行為發生了很大的改變，大約有85％的鈦在較低的硫酸濃度和較低溫度下即可快速浸出；2、采用一段浸出(選擇性浸出)除雜，為制取顏料級鈦白粉提供雜質含量低的原料——浸渣，同時控制一段浸出工序的鈦浸出率，使含雜質較高的浸出液能作為制備粗鈦白的原料。3、對一段浸出工序產生的浸渣采用邊研磨邊浸出的方式進行酸分解，這種機械活化的方法使物料的反應活性顯著增強，提高了鈦的分解率，解決了渣中剩余15％的鈦浸出困難的問題，分解可在較低的硫酸濃度、酸過量系數及反應溫度下進行，降低了硫酸消耗。4、將制取顏料級鈦白粉時水解工序所產生的廢硫酸循環用于一段浸出，這樣既不會影響粗鈦白的質量，又可顯著地降低硫酸的消耗。
本發明所述的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其工藝步驟如下1、水淬水淬是將熔融狀態的含鈦高爐渣用水冷卻至30-60℃；2、研磨研磨是將水淬后的含鈦高爐渣磨碎，使其呈顆粒狀；3、一段浸出一段浸出是一種選擇性浸出，將研磨后的水淬含鈦高爐渣用硫酸浸泡，浸出液中的鋁、鎂、鐵雜質含量大于其在浸渣中的含量，浸出液用于制取粗鈦白，浸渣用于制取顏料級鈦白粉，一段浸出在常壓下進行，溫度60-90℃，硫酸的質量濃度為5-35％，硫酸用量為理論量的0.6-1.0倍，時間以爐渣中所含鈦的浸出率達40～52％為限；4、二段磨浸二段磨浸是將一段浸出所獲浸渣采用邊研磨邊浸出的方式進行酸分解，壓力為常壓，溫度為50-100℃，硫酸質量濃度為30-65％，酸用量為理論量的1.0-1.5倍，時間以原料爐渣中所含鈦的浸出率達42～54％為限；含鈦高爐渣經上述兩段浸出后，鈦的總浸出率達94％以上；5、制取顏料級鈦白粉將二段磨浸工序的浸出液采用自生晶種法在常壓、鈦液沸點溫度下進行水解，經過濾、洗滌、煅燒和表面處理即獲顏料級鈦白粉；6、制取粗鈦白將一段浸出工序的浸出液直接加熱在常壓、鈦液沸點溫度下進行水解，經過濾、洗滌、煅燒即獲粗鈦白。
上述方法中，一段浸出工序所用硫酸可以是清潔硫酸，也可以是廢硫酸，從廢酸利用和環境保護考慮選用廢硫酸，廢硫酸既可以是系統外的廢硫酸，也可以是制取顏料級鈦白粉時水解工序所產生的廢硫酸，從工藝流程的整體考慮，主要是制取顏料級鈦白粉時水解工序所產生的廢硫酸。
上述方法中，水淬工序采用水噴，所用冷卻水的溫度為10～30℃即可實現快速冷卻，使高爐渣處于非晶態。
上述方法中，研磨后的水淬含鈦高爐渣的粒徑為0.076-0.15mm即可滿足后續工序的要求。
上述方法中，二段磨浸工序所獲浸出液的成分為TiO2100-120g/l，MgO 21-25g/l，Al2O31.1-1.3g/l，TFe 0.3-0.8g/l，可制得符合中國國標GB1706-93優級品的顏料鈦白。
本發明具有以下有益效果1、采用本發明所述方法，可制得符合中國國標GB1706-93優級品的顏料鈦白，可制得TiO2含量≥90％的粗鈦白。
2、本發明所述方法酸耗低，經概算，噸顏料級鈦白粉的硫酸消耗為3.8噸左右，噸鈦白(粗鈦白及顏料級鈦白粉的總和)的硫酸消耗為2.1噸；而申請號為8610851.1的中國專利申請所公開的方法，噸非顏料級鈦白的硫酸消耗約為5.5噸(按硫酸最低過量系數為理論量的1.1倍、鈦的最高回收率為90％計算)，以鐵鐵礦為原料采用硫酸法工藝生產顏料級鈦白的硫酸消耗≥4.0噸硫酸/噸鈦白。
3、本發明所述方法解決了系統內廢酸的問題，并可消化系統外的廢硫酸，是一種處理含鈦高爐渣的綠色化學方案。
4、一段浸出和二段磨浸的溫度低，有利于節約能源。
5、二段磨浸所產生的渣可用于水泥生產，為解決含鈦高爐渣的綜合利用找到了一條合理途徑，特別有利于我國攀枝花及西昌地區的含鈦高爐渣的處理和綜合利用。
圖1是申請號為8610851.1的中國專利申請所公開的方法的處理高爐渣的酸分解原則流程圖；圖2是本發明所述方法中的水淬含鈦高爐渣的XRD圖譜，該圖表明水淬后的含鈦高爐渣為非晶態；圖3是本發明所述用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1本實施例的工藝流程如圖3所示，工藝步驟如下1、水淬將熔融狀態的含鈦高爐渣用10℃的水噴，快速冷卻至30℃，所獲水淬含鈦高爐渣的XRD圖譜如圖2所示；2、研磨將上述水淬后的含鈦高爐渣研磨至0.076～0.10mm，其中各組分含量為TiO222.49％，Al2O313.69％，MgO 7.08％，SiO222.55％，CaO 26.84％，TFe 1.16％；3、一段浸出取900克上述研磨后的含鈦高爐渣用質量濃度5％的硫酸進行一段浸出，硫酸用量為理論量的1.0倍，在常壓、90℃反應60min，原渣中有50.1％TiO2、100％Al2O3及69.1％MgO進入了浸出液；4、二段磨浸將上述一段浸出工序所獲得的浸渣采用質量濃度40％硫酸進行二段磨浸，硫酸用量為理論量的1.2倍，在常壓、50℃浸出120min。含鈦高爐渣經上述兩段浸出后，鈦的總浸出率為94.1％，鋁和鎂的總浸出率均為100％。所得二段浸出液組成為TiO2111g/l、Al2O31.1g/l、MgO 23g/l及TFe 0.5g/l；5、制取顏料級鈦白粉將上述二段磨浸工序所獲得的浸出液采用常規自生晶種稀釋法(見鈦白粉的生產與環境治理，唐振寧編，化學工業出版社，2000年，P115-119)進行水解，在鈦液沸點溫度下保溫3.5小時，偏鈦酸經過濾、用水洗滌、在900℃下煅燒3小時并采用常規方法(見鈦白粉的生產與環境治理，唐振寧編，化學工業出版社，2000年，P187-199)進行表面處理后即成為顏料級鈦白粉，所得鈦白粉達到GB1706-93顏料鈦白優級品的技術指標。
6、制取粗鈦白將上述一段浸出工序所獲得的浸出液在常壓下采用直接加熱煮沸的方法水解，沸騰時間為3小時，偏鈦酸經過濾、洗滌并在900℃下煅燒3小時即成為粗鈦白，所得粗鈦白中各組分含量為TiO291.1％、Al2O33.1％、MgO 1.8％和TFe 1.5％。
實施例2本實施例的工藝流程如圖3所示，工藝步驟如下
1、水淬將熔融狀態的含鈦高爐渣用30℃的水噴，快速冷卻至60℃；2、研磨將上述水淬后的含鈦高爐渣研磨至0.10～0.15mm，其中各組分含量為TiO222.49％，Al2O313.69％，MgO 7.08％，SiO222.55％，CaO 26.84％，TFe 1.16％；3、一段浸出取300克上述研磨后的含鈦高爐渣用實例1中制取顏料級鈦白粉水解工序產生的質量濃度為19.3％的廢硫酸進行一段浸出，硫酸用量為理論量的0.8倍，在常壓、70℃反應90min，原渣中有46.6％TiO2、98.9％Al2O3和63.7％MgO進入一段浸出液；4、二段磨浸將上述一段浸出工序所獲得的浸渣采用質量濃度65％硫酸進行二段磨浸，硫酸用量為理論量的1.0倍，在常壓、90℃反應50min。含鈦高爐渣經上述兩段浸出后，鈦的總浸出率為95.6％，鋁和鎂的總浸出率均為100％。所得二段浸出液組成為TiO2120g/l、Al2O31.3g/l、MgO 25g/l及TFe 0.8g/l；5、制取顏料級鈦白粉所用方法與實施例1相同，所得鈦白粉達到GB1706-93顏料鈦白優級品的技術指標；6、制取粗鈦白所用方法與實施例1相同，所得粗鈦白中各組分含量為TiO290.8％、Al2O32.9％、MgO 1.9％和TFe 1.3％。
實施例3本實施例的工藝流程如圖3所示，工藝步驟如下1、水淬將熔融狀態的含鈦高爐渣用20℃的水噴，快速冷卻至40℃；2、研磨將上述水淬后的含鈦高爐渣研磨至0.076～0.10mm，其中各組分含量為TiO222.49％，Al2O313.69％，MgO 7.08％，SiO222.55％，CaO 26.84％，TFe 1.16％；3、一段浸出取300克上述研磨后的含鈦高爐渣用實例2中制取顏料級鈦白粉水解工序產生的質量濃度為18.1％的廢硫酸進行一段浸出，硫酸用量為理論量的0.8倍，在常壓、70℃反應90min，原渣中有46.6％TiO2、98.9％Al2O3和63.7％MgO進入一段浸出液；4、二段磨浸將上述一段浸出工序所獲得的浸渣采用質量濃度65％硫酸進行二段磨浸，硫酸用量為理論量的1.0倍，在常壓、90℃反應50min。含鈦高爐渣經上述兩段浸出后，鈦的總浸出率為94.7％，鋁和鎂的總浸出率均為100％。所得二段浸出液組成為TiO2119g/l、Al2O31.2g/l、MgO 24g/l及TFe 0.6g/l；5、制取顏料級鈦白粉所用方法與實施例1相同，所得鈦白粉達到GB1706-93顏料鈦白優級品的技術指標。
6、制取粗鈦白所用方法與實施例1相同，所得粗鈦白中各組分含量為TiO290.6％、Al2O32.8％、MgO 2.1％和TFe 1.2％。
實施例4本實施例的工藝流程如圖3所示，工藝步驟如下1、水淬將熔融狀態的含鈦高爐渣用30℃的水噴，快速冷卻至50℃；2、研磨將上述水淬后的含鈦高爐渣研磨至0.10～0.15mm，其中各組分含量為TiO222.49％，Al2O313.69％，MgO 7.08％，SiO222.55％，CaO 26.84％，TFe 1.16％；3、一段浸出取200克上述研磨后的含鈦高爐渣，將實例1中制取顏料級鈦白粉水解工序產生的質量濃度為19.3％的廢硫酸濃縮至質量濃度34.3％用于一段浸出，硫酸用量為理論量的0.6倍，在常壓、60℃反應100min，原渣中有40.5％TiO2、86.5％Al2O3及57.1％MgO進入了浸出液；4、二段磨浸將上述一段浸出工序所獲得的浸渣采用質量濃度30％硫酸進行二段磨浸，硫酸用量為理論量的1.5倍，在常壓、100℃浸出30min。經上述兩段浸出后，鈦的總浸出率為94.8％，鋁和鎂的總浸出率均為100％。所得二段浸出液組成為TiO2101g/l、Al2O31.2g/l、MgO 21g/l及TFe 0.3g/l；5、制取顏料級鈦白粉所用方法與實施例1相同，所得鈦白粉達到GB1706-93顏料鈦白優級品的技術指標；6、制取粗鈦白所用方法與實施例1相同，所得粗鈦白中各組分含量為TiO291.6％、Al2O32.6％、MgO 2.2％和TFe 1.4％。
權利要求
1.一種用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其特征在于工藝步驟如下(1)水淬水淬是將熔融狀態的含鈦高爐渣用水冷卻至30～60℃；(2)研磨研磨是將水淬后的含鈦高爐渣磨碎，使其呈顆粒狀；(3)一段浸出一段浸出是將研磨后的水淬含鈦高爐渣用硫酸浸泡，浸出液中的鋁、鎂、鐵雜質含量大于其在浸渣中的含量，浸出液用于制取粗鈦白，浸渣用于制取顏料級鈦白粉，一段浸出在常壓下進行，溫度60-90℃，硫酸的質量濃度為5-35％，硫酸用量為理論量的0.6-1.0倍，時間以爐渣中所含鈦的浸出率達40～52％為限；(4)二段磨浸二段磨浸是將一段浸出所獲浸渣采用邊研磨邊浸出的方式進行酸分解，壓力為常壓，溫度為50-100℃，硫酸質量濃度為30-65％，酸用量為理論量的1.0-1.5倍，時間以原料爐渣中所含鈦的浸出率達42～54％為限；(5)制取顏料級鈦白粉將二段磨浸工序的浸出液在常壓、鈦液沸點溫度下進行水解，經過濾、洗滌、煅燒和表面處理即獲顏料級鈦白粉；(6)制取粗鈦白將一段浸出工序的浸出液在常壓、鈦液沸點溫度下進行水解，經過濾、洗滌、煅燒即獲粗鈦白。
2.根據權利要求1所述的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其特征在于一段浸出工序所用硫酸為系統外的廢硫酸和制取顏料級鈦白粉時水解工序所產生的廢硫酸。
3.根據權利要求1或2所述的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其特征在于水淬工序所用冷卻水的溫度為10～30℃。
4.根據權利要求1或2所述的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其特征在于研磨后的水淬含鈦高爐渣的粒徑為0.076-0.15mm。
5.根據權利要求3所述的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其特征在于研磨后的水淬含鈦高爐渣的粒徑為0.076-0.15mm。
6.根據權利要求1或2所述的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其特征在于二段磨浸工序所獲浸出液的成分為TiO2100-120g/l，MgO 21-25g/l，Al2O31.1-1.3g/l，TFe 0.3-0.8g/l。
7.根據權利要求3所述的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其特征在于二段磨浸工序所獲浸出液的成分為TiO2100-120g/l，MgO 21-25g/l，Al2O31.1-1.3g/l，TFe 0.3-0.8g/l。
8.根據權利要求4所述的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其特征在于二段磨浸工序所獲浸出液的成分為TiO2100-120g/l，MgO 21-25g/l，Al2O31.1-1.3g/l，TFe 0.3-0.8g/l。
9.根據權利要求5所述的用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其特征在于二段磨浸工序所獲浸出液的成分為TiO2100-120g/l，MgO 21-25g/l，Al2O31.1-1.3g/l，TFe 0.3-0.8g/l。
全文摘要
一種用含鈦高爐渣制取顏料級鈦白粉及粗鈦白的方法，其工藝步驟為水淬，即將熔融狀態的含鈦高爐渣用水冷卻；研磨，即將水淬后的含鈦高爐渣磨呈細顆粒；一段浸出，即將水淬含鈦高爐渣用硫酸浸泡，壓力為常壓，溫度60－90℃，硫酸的質量濃度為5－35％，硫酸用量為理論量的0.6－1.0倍；二段磨浸，即將一段浸出所獲浸渣采用邊研磨邊浸出的方式進行酸分解，壓力為常壓，溫度為50－100℃，硫酸質量濃度為30－65％，酸用量為理論量的1.0－1.5倍；制取顏料級鈦白粉，即將二段磨浸的浸出液水解，經過濾、洗滌、煅燒和表面處理獲顏料級鈦白粉；制取粗鈦白，即將一段浸出的浸出液水解，經過濾、洗滌、煅燒即獲粗鈦白。
文檔編號C01G23/047GK1743386SQ20051002174
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月27日 優先權日2005年9月27日
發明者李春, 梁斌, 嚴芳, 吳潘 申請人:四川大學